循环伏安法实验报告

循环伏安法实验报告
在电化学研究中，循环伏安法是一种简单而又强大的研究方法。

通过循环伏安法，
可以对电极可逆性进行判断：反应是可逆的，则曲线上下对称，若反应不可逆，则曲线上下不对称；判断电极反应机理的判断：如电极吸附现象、电化学反应过程中产物等；更重要的是，循环伏安法能够用于实验中的定量分析。

接下来，运用实验数据来答疑解惑。

通常我们选择铁氰化钾体系（Fe（CN）63-/4-）对电化学行为中的可逆过程进行研究，它的氧化与还原峰对称，两峰的电流值相等，两峰电位差理论值为0.059V 0 通常电极表面的处理对该理论值有很大的影响，一般选择玻碳电极为工作电极、铂电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极。

选择AI2O3抛光粉将电极表面磨
光，然后在抛光机上抛成镜面，最后分别在1:1乙醇、1:1HNO3和蒸馏水中超
声波清洗15秒。

另外，溶液是否除氧，这个也是必须考虑的，我们选择通高纯
N2除O2 o在电解池中放入 5.00 x l0-4mol/LK3（内含0.20mol/L KNO3 ，作为支持电解质。

支持电解质的浓度实际上也对实验有影响，此处暂不考虑）。

插入工作电极、铂丝辅助电极和饱和甘汞电极。

设置电化学工作站中的参数，参数的设定需要不断的尝试，根据电化学工作站窗口显示的图形调节出合适的参数
图一的i-E曲线即为循环伏安图。

从循环伏安图中可以看出有两个峰电流和两个峰电位，阴极峰电流ipc，峰电位以Epc（jpc）表示；阳极峰电流ipa，峰电位以
Epa 表示。

ipc 或ipa 的下标的 a 代表 anode， c 代表 cathode。

我们可知道，
A Ep=Epa-Epc=56/n （单位：mV）（ n为反应过程中的得失电子数），ipc与
ipa的比值越接近于1，则该体系的可逆程度就越高。

这是判断可逆体系的最直接的方法。

OOOOOOOOODOOAUOOOO 987<05
从321 12 3 4-^5-7- 从电化学工作站的工作界面，可以得出氧化峰电位为 Epa=227mV,峰电流为
ipa=-1.91 '10-6A ;还原峰电位是 Epc=170mV ，峰电流是 ipc=1.9 '10-6A 。

氧 化峰与还原峰电位差为57mV （直接比较横坐标数值即可），峰电流的比值为： ipa/ipc=1.005 "1。

由此可知，pH=7时，铁氰化钾体系（Fe （CN ）63-/4-）的
电化学反应是一个可逆过程。

（通常都是借助该体系与其它体系进行比较，鉴别 电极的优劣以及反应可逆程度）。

接下来，我们来研究扫速与峰电流及峰电位的关系。

本实验室通常选择铁氰化钾 作为实验对象。

不同扫描速率 100、200、300、400mV/s ，分别记录从-200〜
+600mV 扫描的循环伏安图。

记录循环伏安曲线，观察峰电位和峰电流，判断
电极活性。

O
-
图二：不同扫描速率下铁氰化钾溶液的循环伏安曲线
将不同扫描速率100、200、300、400mV/s 的循环伏安曲线进行叠加，如上图 所示。

由图可知，随着扫描速度的增加，峰电流也增加。

且分别测量他们的峰数 据可以得到峰电流与扫描速度的关系。

根据电化学理论，对于扩散控制的电极过
程，峰电流ip 与扫描速度的二分之一次方呈正比关系，即ip 〜n1/2为一直线。

对于表面吸附控制的电极反应过程，峰电流 ip 与扫描速度呈正比关系，即ip 〜 n 为一直线。

v A
l/2ipa 关系曲线图
OCOOCDOS
Q.QOQaOOB
0 DOCX) 007
0 0000066
aaoacDos
0 DOM DM
0DCM0DO3
0 0000002
0 DGOOOOl
0 0.005 0.01 0015 D.D25 Q ・潞 O-Q35 0.04 0.045y = 0.00OQ2X 十 CLCKJEUI =0.98399 —
v A
l/2一一巾匚关系曲线图
0 0000005 0 0000007
O.DGM006
0 0000 DOS
ocwe-XM
0,0300 003
0 OOM 002
0 DOODOOl
G.0C5 0.01 0015 0.02 D.Q25 0.M 住 03 5 004
0. 妇折遽度y 七［rrwQ 1/2
图三：扫描速率与峰电流的关系曲线
以上详细介绍了循环伏安法在电化学应用中的定量分析， 如有不足，欢迎批评指 正。

最后，我针对微信留言区的问题来做解答。

一、 计算扩散系数时，n 是否取值？
答：物质的扩散系数表示它的扩散能力， 结合物理化学中谈到的菲克定律，扩散 系数是沿扩散方向，在单位时间每单位浓度梯度的条件下， 垂直通过单位面积所 扩散某物质的质量或摩尔数。

质量扩散系数D 和动量扩散系数v 及热量扩散系数 a 具有相同的单位（mT/s ）或（cm A 2/s ），扩散系数的大小主要取决于扩散 物质和扩散介质的种类及其温度和压力。

二、 测试时，搅拌溶液对 CV 曲线有什么影响，峰电流与峰电位怎么变化？¥ = 0,00002x + 0.00001 心 0-9S505
答：搅拌溶液，对CV曲线是有很大的影响，人为搅拌破坏了界面扩散状态，能够及时补充电解质，使得氧化还原电流增大。

同时，溶液有波动，会影响曲线的稳定性。

但是，如果电极界面有气泡产生（比如析氢或者吸氧反应），电极界面会不断的析出气泡。

如果不搅拌，气泡就会吸附在电极表面，造成电极与溶液隔离，测出来的CV曲线就会不准，这个时候就可以通过搅拌来促进气泡快速逸出。

三、极化控制与扩散控制
极化可分为浓差极化和电化学极化。

浓差极化：可逆且快速的电极反应使电极表面液层内反应离子的浓度迅速降低
（或升高）---- > 电极表面与溶液本体之间的反应离子浓度不一样，形成一定
的浓度梯度----- > 产生浓差极化----- > 电极表面液层的离子浓度决定了电极
的电位，此电位偏离了电极的平衡电位，偏离值称为浓差过电位。

电化学极化电极的反应速度较慢———当电流密度较大时，引起电极上电荷的累积---------- > 产生电
化学极化一一极的电位取决于电极上所累积的电荷，此电位偏离了电极的平衡电位。

但是与反应活化能有关的极化都是不可消除。

扩散控制：它是化学反应速率因反应速度过快，无法由分子完成而是由扩散来控制的现象。

扩散控制是由于化学反应太快，扩散来不及供给反应以足够的分子所致。