循环伏安法实验报告(有测定电极有效面积)

循环伏安法实验
【实验目的】
学习和掌握循环伏安法的原理和实验技术。

了解可逆波的循环伏安图的特性以及测算玻碳电极的有效面积的方法。

【实验原理】
循环伏安法是在固定面积的工作电极和参比电极之间加上对称的三角波扫
描电压（如图1），记录工作电极上得到的电流与施加电位的关系曲线（如图2），即循环伏安图。

从伏安图的波形、氧化还原峰电流的数值及其比值、峰电位等可以判断电极反应机理。

与汞电极相比，物质在固体电极上伏安行为的重现性差，其原因与固体电极的表面状态直接有关，因而了解固体电极表面处理的方法和衡量电极表面被净化的程度，以及测算电极有效表面积的方法，是十分重要的。

一般对这类问题要根据固体电极材料不同而采取适当的方法。

对于碳电极，一般以Fe(CN)
63-/4-
的氧化还原行为作电化学探针。

首先，固体
电极表面的第一步处理是进行机械研磨、抛光至镜面程度。

通常用于抛光电极的
材料有金钢砂、CeO
2、ZrO
2
、MgO和α-Al
2
O
3
粉及其抛光液。

抛光时总是按抛
光剂粒度降低的顺序依次进行研磨，如对新的电极表面先经金钢砂纸粗研和细磨
后，再用一定粒度的α-Al
2O
3
粉在抛光布上进行抛光。

抛光后先洗去表面污物，
再移入超声水浴中清洗，每次2∼3分钟，重复三次，直至清洗干净。

最后用乙醇、稀酸和水彻底洗涤，得到一个平滑光洁的、新鲜的电极表面。

将处理好的碳
图2：循环伏安曲线（i—E曲线）
电极放入含一定浓度的K 3Fe(CN)6和支持电解质的水溶液中，观察其伏安曲线。

如得到如图2所示的曲线，其阴、阳极峰对称，两峰的电流值相等（i pc / i pa =1），峰峰电位差ΔE p 约为70 mV （理论值约59/n mV ），即说明电极表面已处理好，否则需重新抛光，直到达到要求。

有关电极有效表面积的计算，可根据Randles-Sevcik 公式： 在25°C 时，i p =(2.69×105
)n 3/2
AD o 1/2ν1/2
C o
其中A 为电极的有效面积（cm 2
），D o 为反应物的扩散系数(cm 2
/s)，n 为电极反应的电子转移数，ν为扫速（V/s ），C o 为反应物的浓度（mol/cm 3
），i p 为峰电流（A ）。

【仪器和试剂】
1. CHI 660D 电化学系统，玻碳电极（d = 4mm ） 为工作电极，银/氯化银电极为参比电极，铂片电极为辅助电极；
2. 固体铁氰化钾、H 2SO 4 溶液、高纯水；
3. 100 mL 容量瓶、50 mL 烧杯、玻棒。

【实验内容】
1. 配制5 mM K 3Fe(CN)6 溶液（含0.5 M H 2SO 4），倒适量溶液至电解杯中；
2. 将玻碳电极在麂皮上用抛光粉抛光后，再用蒸馏水清洗干净；
3. 依次接上工作电极(绿)、参比电极(白)和辅助电极(红)；
4. 开启电化学系统及计算机电源开关，启动电化学程序，在菜单中依次选择Setup 、Technique 、CV 、Parameter ，输入以下参数：
5. 点击Run 开始扫描，将实验图存盘后，记录氧化还原峰电位E pc 、E pa 及峰电流I pc 、I pa ；
6. 改变扫速为0.05、0.1 和0.2 V/s ，分别作循环伏安图；
7. 将4个循环伏安图叠加比较；
【数据处理】
1. 从以上所作的循环伏安图上分别求出E pc, E pa, ΔE p,i pc,i pa,i pc/i pa等参数，并列表表示。

2. 在软件Origin下以氧化还原峰电流I
pc 、I
pa
分别与扫速的平方根ν1/2 作图，
求算线性相关系数R。

3. 根据I
pc
与扫速的平方根ν1/2 作图得到的线性回归方程，计算所使用的玻碳电
极的有效面积。

（所用参数：电子转移数n=1，K
3Fe(CN)
6
的扩散系数D
o
=1×10-5
cm2/s）
【思考题】
1．从循环伏安图可以测定那些电极反应的参数？从这些参数如何判断电极反应的可逆性？
2．如何判断碳电极表面处理的程度？
【小结】
1. 掌握循环伏安法的基本原理。

2. 了解如何根据峰电流、峰电位及峰电位差和扫描速度之间的函数关系来判断电极反应可逆性。