线性扫描伏安法与循环伏安法
(完整word版)循环伏安法与线性扫描伏安法
循环伏安法原理：循环伏安法（CV）是最重要的电分析化学研究方法之一。
该方法使用的仪器简单，操作方便，图谱解析直观，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等许多研究领域被广泛应用。
循环伏安法通常采用三电极系统，一支工作电极（被研究物质起反应的电极），一支参比电极（监测工作电极的电势），一支辅助（对）电极。
外加电压加在工作电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。
对可逆电极过程（电荷交换速度很快），如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63－在电极上还原，反应为：Fe(CN)63－＋e-→Fe(CN)64－得到一个还原电流峰。
当电压正向扫描时，Fe(CN)64－在电极上氧化，反应为：Fe(CN)64－－e-→Fe(CN)63－得到一个氧化电流峰。
所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个如图2所示的氧化还原曲线。
扫描电压呈等腰三角形。
如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。
因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。
应用领域：循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应历程，电活性物质的吸附等许多信息。
循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。
如通过对未知研究体系的CV研究，可以获研究对象的反应电位或和平衡电位, 估算反应物种的量，以及判断反应的可逆性。
电化学反应中物种反应的量可以依据Faraday定律估算，, 其中m为反应的摩尔量, n为电极反应中的得失电子数，F为图2 氧化还原cv曲线图图1 cv图中电势~时间关系图3 Ag在Pt电极上电结晶过程的CV图0.01mol/LagNO3+0.1mol/LKNO3Faraday常数（96485 C.molmnFidtQt==∫0-1）。
伏 安 法
伏安法根据线性扫描伏安法与循环伏安法的基本原理, 采用电化学中典型的K3 [ Fe(CN) 6 ] 电化学可逆系统设计了线性扫描伏安法与循环伏安法实验。
作为应用化学专业高年级学生和研究生学习电化学课程的实验, 收到了非常好的教学效果。
1伏安法：电化学是研究两类导体形成的带电界面现象及其上所发生的变化的科学。
如今已形成了合成电化学、量子电化学、半导体电化学、有机导体电化学、光谱电化学、生物电化学等多个分支。
电化学在化工、冶金、机械、电子、航空、航天、轻工、仪表、医学、材料、能源、金属腐蚀与防护、环境科学等科技领域获得了广泛的应用。
当前世界上十分关注的研究课题, 如能源、材料、环境保护、生命科学等等都与电化学以各种各样的方式关联在一起。
电化学实验技术也在不断的发展, 随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展, 线性扫描伏安法和循环伏安法、交流阻抗法和一系列更复杂灵巧的极化程序控制方法已在很大程度上取代了经典极化曲线测量和极谱方法[ 1 - 2 ] 。
本文在参考国内外有关电化学线性扫描伏安法与循环伏安法的基础上[ 3 - 4 ] , 进行了广泛的探索,采用电化学中典型的K3 [ Fe (CN) 6 ] 电化学可逆系统设计了线性扫描伏安法与循环伏安法实验, 得到了适合应用化学专业高年级学生和研究生实验教学的综合研究性实验方案。
教学效果表明, 该实验采用计算机控制的综合电化学测试仪, 实验参数容易控制, 数据测量准确, 实验结果便于计算机处理。
学生通过对实验数据的处理, 自己得出电化学可逆体系的诊断标准, 使学生通过这个综合性研究实验, 加深了对线性扫描伏安法与循环伏安法的特点和基本原理的理解, 掌握线性扫描伏安法的定量分析方法, 熟悉循环伏安法在研究电极机理方面的应用从而达到掌握线性扫描伏安法和循环伏安法实验技术的实验目的。
使用表面静止的液体或固体电极，称为伏安法。
循环伏安法(Cyclic V oltammetry)。
循环伏安法
❖ 循环伏安法不仅可鉴定
电化学反应产物，还可鉴 定电化学—化学偶联反应 过程的产物。
❖ 例如，对—氨基苯酚的 电极反应过程，其循环伏
安图如图。开始由较负的 电位(图中起始点)沿箭头 方向作阳极扫描，得到一 个阳极峰1，而后作反向 阴极扫描，出现两个阴极 峰2和3，再作阳极扫描时 出现两个阳极峰4和5(图 中虚线表示)。其中峰5与 峰1的位置相同。
图3.1 循环伏安法中电位与时间的关系
❖ 其电流—电压曲线如图
图3.2 循环伏安图
❖ 阳、阴极峰电流之比值(设
)
❖ 严格地说，只有当电极反应产物可溶于溶液时， 上式的比值才为1。如电极产物形成汞齐，则由于 悬汞电极的体积很小，汞中还原形的浓度比溶液 中氧化形的浓度大得多，因而阳极峰电流比阴极 峰电流大。
极反应为
❖ 扫速越慢，阳极峰电流比阴极峰电流降低得更快，峰电流之 比ip,a/ip,c与v的关系如前图， ip,a/ip,c随v增加而增加，最后趋 于 发1生。水这化是反由应于电极还原产物Co(en)32+不稳定，在电极附近
❖ Co(en)32+可在阳极上氧化，而水化产物Co(en)2(OH)22+则不 能，因此，扫速越快，水化反应越来不及进行，生成的水化 物越少， ip,a/ip,c值越接近于1。反之，v越小，水化反应作用 越大，电流比值越小。
❖ 三种不同R1和R 2基的烯类比合物的反应是二聚化 反应的另一例子。其反应通式为
❖ 不同取代基的反应物的伏安图，如下图所示。
烯类化含物循环伏安图
c为
的循环伏安图，无阳极峰，表明二聚化反应很快，
循环伏安法
Fig.2 电解过程的伏安曲线
电极表面的传质过程
电极表面存在三种传质过程， 分别是：
1） 扩散 2.）电迁移 3） 对流
若电解采用微铂电极为工作电极、 且溶液不充分搅拌时，会促使耗 竭区提前出现。这种现象称极化 现象。
循环伏安法实验原理
若电极反应为O＋e
R，反
应前溶液中只含有反应粒子O且
O、R在溶液均可溶，控制扫描
循环伏安法实验原理
随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R粒 子的浓度较大，在电势接近并通过 平0 时，表面 上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R的 方向发展。于是R开始被氧化，并且电流增大到 峰值氧化电流Ipa，随后又由于R的显著消耗而引 起电流衰降。整个曲线称为“循环伏安曲线”。
循环伏安法实验原理
E p E pa E pc
2.3RT nF
59 mV n
(at 25°C)
对于不可逆体系， Δ Ep > 59/n(mV), ipa / ipc < 1。 ΔEp越大， 阴阳峰电流比值越小，则该电极体系越不可逆。对于不可逆电 极电程来说，反向电压扫描时不出现阳极波。
峰电位的确定
一般情况下，伏安图谱上的峰比较宽，因而难以确定峰电位。所以，有时以 0.5 ip的电位（称为半峰电位EP/2）来对电极反应进行表征更方便。理论上，
容易极化，同时对其形状和位置也有要求。
参比电极: 是指一个已知电势的接近于理想不极化的电极。 参比电极上基本没有电流通过，用于测定研究电极(相对 于参比电极)的电极电势。在控制电位实验中，因为参比 半电池保持固定的电势，因而加到电化学池上的电势的任
何变化值直接表现在工作电极/电解质溶液的界面上。实 际上，参比电极起着既提供热力学参比，又将工作电极作 为研究体系隔离的双重作用。参比电极需要具备的一些性
电分析化学循环伏安法
电分析化学循环伏安法电分析化学循环伏安法（cyclic voltammetry, CV）是一种常用的电化学测量方法，主要用于研究电催化反应、电极传感器和电化学反应机理等方面。
本文将对循环伏安法的原理、实验步骤和应用进行详细阐述。
一、原理循环伏安法是利用外加电压的正反向扫描，通过测量电流与电势之间的关系来研究溶液中的电化学反应。
在扫描过程中，电势以一个循环进行周期性变化，通常为从较负的起始电势线性扫描至较正的最大电势，然后再线性扫描回到起始电势。
电流与电势之间的关系可绘制出伏安图。
根据循环伏安曲线上出现的峰电流和峰电势，可以获取溶液中的电极反应的动力学和热力学信息。
峰电流的大小与反应速率成正比，而峰电势则反映了此反应的标准电势。
通过分析伏安图中的特征峰电流和峰电势，可以确定反应是否在电极表面发生，电化学反应的机理以及电极表面的反应活性等信息。
二、实验步骤1.准备实验样品和电化学池：将待测物溶解于合适的溶剂中，配制成一定浓度的电解液。
将工作电极（常用玻碳电极）、参比电极和计时电极放入电化学池中，确保其充分浸泡于电解液中。
2.建立电位扫描程序：选择适当的起始电位、终止电位和扫描速率。
起始电位为一般为较负值，终止电位为较正值。
扫描速率根据实验需求选择，通常为3-100mV/s。
3.进行循环伏安实验：在实验过程中，通常需要稳定电极电势一段时间，直到电流达到平衡。
然后开始正向扫描，直至到达终止电位。
接着进行反向扫描，回到起始电位。
整个循环过程称为一个循环。
4.记录电流-电势数据：记录正反向扫描过程中的电流与电势数据，通常以图形的形式记录，即伏安图。
按照实验需要的精度和时间，可以选择多次重复扫描，以提高实验结果的准确性。
三、应用1.电催化反应研究：循环伏安法可用于研究电催化剂的活性和稳定性，提供电催化反应的动力学和热力学参数。
通过优化电催化剂的结构和组成，可以提高电极催化剂的效能。
2.电极材料评估：通过对循环伏安曲线的分析，可以确定电极材料的氧化还原能力和稳定性。
整理循环伏安法与线性扫描伏安法
RST3100电化学工作站使用说明整理表姓名:职业工种:申请级别:受理机构:填报日期:A4打印/ 修订/ 内容可编辑RST3100电化学工作站使用说明1.使用范围线性扫描伏安法、线性扫描溶出伏安法、线性扫描循环伏安法、阶梯伏安法、阶梯溶出伏安法、阶梯循环伏安法、方波伏安法、方波溶出伏安法、方波循环伏安法、差示脉冲伏安法、差示脉冲溶出伏安法、常规脉冲伏安法、差示常规脉冲伏安法、单电位阶跃计时电流法、单电位阶跃计时电量法。
二、操作步骤1.开机：打开电脑，开启RST3100电化学工作站电源开关，需稳定一段时间。
（注：绿色铁夹接工作电极，红色铁夹接对电极，黄色铁夹接参比电极。
）2、打开软件，运行程序。
3、选定电化学实验方法：例如：循环伏安测定，点击方法分类中的“线性扫描技术”，双击实验方法中的“循环伏安法”，出现循环伏安法参数设定菜单，初始电位和开关电位设定值一样，电流极性设为“氧化”，如实验出现电流溢出的现象（图像未出现峰，出现水平线），将灵敏度调高，其他设置随实验方法不同而改变。
1.打开“控制”下的“开始实验”，界面右上角出现“剩余时间”2.实验结束，“剩余时间”将消失，将实验结果另存为目标文件，此文件类型为工作站的默认类型，Excell无法打开。
3.打开目标文件下的实验图形，打开数据处理下的“查看数据”，选择显示曲线（不选第一次循环），确定。
出现数据列表对话框，点击保存，保存类型为Excel。
三、注意事项1.有时电脑用优盘时可能不太好用，重启一下可能就好了。
2.如对比电极有油腻粘上，用丙酮清洗，后分别用铬酸溶液和去离子水清洗干净。
3.工作站每隔半个月启动一次，时间为大于半个小时。
RST3100电化学工作站仪器规格说明生产厂家：郑州世瑞思仪科技有限公司产品型号：RST3100电化学工作站主要参数：电位扫描范围±12.8V电位分辩率0.1mV最大恒电流±250mA温度稳定性<10uV/℃输入阻抗//电容>1013Ω// <10pFCV和LSV扫描速率0.001～10000mV/sD/A分辨率16bitA/D分辨率24bit电位激励及测量精度0.2%电流激励及测量精度0.2%电流测量量程±100nA～±250mA共14档固定资产编号：无整理丨尼克本文档信息来自于网络，如您发现内容不准确或不完善，欢迎您联系我修正；如您发现内容涉嫌侵权，请与我们联系，我们将按照相关法律规定及时处理。
化学检验工常见电化学催化剂性能测试方法
化学检验工常见电化学催化剂性能测试方法在化学检验工中，电化学催化剂性能测试是一个重要的研究领域。
电化学催化剂可促进化学反应，降低反应能量，提高反应速率。
因此，准确评估电化学催化剂的性能至关重要。
本文将介绍几种常见的电化学催化剂性能测试方法。
一、循环伏安法循环伏安法是一种常用的电化学催化剂性能测试方法，通过在电解质溶液中施加一定的电势来测量电流和电压的变化情况。
该方法可以评估催化剂的氧化还原行为、反应中间体的生成和催化反应的动力学等性能。
二、线性扫描伏安法线性扫描伏安法是另一种常见的电化学催化剂性能测试方法，通过线性地改变电位并测量电流来研究电化学反应的动力学行为。
该方法可用于测定催化剂的活性、稳定性和高效性，广泛应用于燃料电池、电解水和二氧化碳还原等领域。
三、交流阻抗法交流阻抗法是一种用来研究电化学接口阻抗的测试方法。
通过施加交流电势信号，并测量电压和电流信号的响应，可以确定电解质、电极和催化剂之间的界面特性，比如电荷转移电阻、电解质阻抗和电极反应速率等。
四、计时电流法计时电流法是一种基于电化学反应速率的测试方法。
通过记录电解质溶液中的电流变化情况，可以测定催化剂的活性和稳定性。
该方法广泛应用于电解水制氢、二氧化碳还原和电化学合成等领域。
五、电化学质谱法电化学质谱法是一种结合电化学和质谱技术的测试方法。
通过将电极表面的反应产物引入质谱仪进行分析，可以确定催化剂的反应产物和反应机理。
该方法在燃料电池、电解水和电化学催化反应研究中具有重要意义。
六、原位红外光谱法原位红外光谱法是通过将红外光谱技术与电化学测试相结合的方法。
通过在电极表面施加电势，并采集反应体系的原位红外光谱信号，可以研究电化学反应的反应物吸附行为和反应机理。
该方法对于研究催化剂的反应活性和选择性具有重要意义。
综上所述，电化学催化剂性能测试方法对于评估催化剂的活性、稳定性和效率具有重要意义。
循环伏安法、线性扫描伏安法、交流阻抗法、计时电流法、电化学质谱法和原位红外光谱法等常见的测试方法可以提供对催化剂性能的全面评估。
08-线性电势扫描伏安法2
2、如何利用循环伏安法判断电极反应是否处 在可逆状态？
峰值电流在在langmuir吸附等温式条件下对于可逆电极反应阴极峰电势和阳极峰电势相等vip?21vip?acppee?如果反应物o的吸附作用比产物r的吸附作用更强吸附反应物o的电流峰会出现在比扩散反应物o的电流峰更负的电势下如图所示
第四节 循环伏安法
循环伏安法（cyclic voltammetry，CV）：控制研究电极
根据Eλ之后的阴极电流 衰减曲线为基线。
iPa的基线难以确定时，
一、可逆体系
对于产物稳定的可逆体系，循环伏安曲线的重要特征：
二、准可逆体系
单步骤单电子的准可逆电极体系的循环伏安曲线以及其测
量参数是
的函数。
准可逆体系循环伏安曲线两组测量参数的特征为：
① ② 可逆体系的
比可逆体系的大，
， 并且伴随着扫速 ν 的增大而增大。
判断电极反应是否可逆和不可逆的依据：
值以及 随扫描速率 ν 的变化特征是判断电极 反应是否可逆和不可逆程度的重要判据。
（1）
，且不随 ν 变化，说明反应可逆；
（2） 反应。
，且随 ν 增大而增大，则为不可逆
（3） 这大。
大得越多，反应的不可逆程度就
三、完全不可逆体系
当电极反应完全不可逆时，逆反应非常迟缓，正向扫描产物 来不及发生反应就扩散到溶液内部了，因此在循环伏安图上观察 不到反向扫描的电流峰。
1（0.25v）
2（0.65v）
气体析出O2（0.8v）
3（0.46v） 4（0.2v）
e) 反向扫描至0．46V左右时，开始出现阴极电流峰。
循环伏安法原理及结果分析
循环伏安法原理及结果分析在电化学研究领域，循环伏安法是一种极其重要的研究手段。
它不仅能提供有关电极反应的丰富信息，还在材料科学、生物化学、环境监测等众多领域发挥着关键作用。
接下来，让我们深入了解一下循环伏安法的原理以及如何对其结果进行分析。
循环伏安法的基本原理基于控制电极电位的线性扫描。
在实验中，工作电极的电位以一定的速率在一个特定的电位范围内进行周期性的线性扫描。
通常，电位从起始电位开始，向一个方向扫描到终止电位，然后反向扫描回到起始电位，如此反复，形成一个循环。
在这个过程中，电极表面会发生氧化还原反应。
当电极电位达到某种物质的氧化电位时，该物质会在电极表面被氧化，产生氧化电流；当电极电位反向扫描到该物质的还原电位时，之前被氧化的物质会被还原，产生还原电流。
通过测量这些电流随电位的变化关系，我们就能够获得有关电极反应的信息。
为了更好地理解循环伏安法的原理，我们可以以一个简单的氧化还原反应为例。
假设在溶液中存在一种可氧化还原的物质 A，其氧化态为 A+，还原态为 A。
当工作电极的电位逐渐升高时，当达到 A 的氧化电位时，A 会被氧化为A+，同时产生氧化电流。
随着电位的继续升高，氧化电流可能会先增大，然后由于扩散控制等因素逐渐减小。
当电位反向扫描时，A+会在电极表面被还原为 A，产生还原电流。
那么，循环伏安法得到的结果通常以电流电位曲线的形式呈现。
在分析这些曲线时，有几个关键的参数和特征需要关注。
首先是峰电位。
氧化峰电位和还原峰电位分别对应着物质的氧化和还原过程中电流达到最大值时的电位。
峰电位的位置可以提供有关反应的难易程度和可逆性的信息。
一般来说，对于可逆反应，氧化峰电位和还原峰电位之间的差值较小；而对于不可逆反应，这个差值较大。
其次是峰电流。
峰电流的大小与参与反应的物质的浓度、扩散系数以及扫描速率等因素有关。
根据 RandlesSevcik 方程，在一定条件下，峰电流与扫描速率的平方根成正比，与物质的浓度成正比。
循环伏安法
富集时间较长时，氧化峰和还原 峰峰电流ip与v呈线性关系，峰电 流iPc与v 呈线性关系，而与v1/2则 成偏离直线向上弯曲，表白电极 过程主要受动力学反应速率控制。
一种常用旳电化学研究措施。该法控制电极电势 以不同旳速率，随时间以三角波形一次或屡次反复扫 描，电势范围是使电极上能交替发生不同旳还原和氧 化反应，并统计电流-电势曲线。属于线性扫描伏安 法一种，循环伏安法旳原理与线性扫描伏安法相同， 只是比线性扫描伏安法多了一种回扫。
关键词：电势（鼓励信号）；线性变化；三角波扫描； 电流（响应信号）；电流-电势曲线
判断其控制环节
顺铂氧化峰还原峰峰电流与扫描速率旳1/2方成线性 关系，阐明电极过程主要受扩散控制。
一般低扫描 速度下，电 极受到动力 学反应控制 影响，高扫 描速度下电 极受到扩散 控制旳影响。
不同浓度控制环节不同，一般高浓度下，电 极受到动力学反应控制影响，低浓度下电极 受到扩散控制旳影响。
高斯法：合用于差示脉冲等具有高斯分布特征旳 曲线。措施：从起峰前一点向峰后一点拉直线，得 到峰电位Ep、峰电流ip和峰面积Ap数据。起峰前后 旳点一样能够调整。
CV图形解析
CV图形解析
1.3 循环伏安法研究电极旳可逆性
电极反应可逆指某个电极反应旳正向速度和逆向速度相等
Zn2 2e
Zn
对于Zn׀Zn2+电极，平衡指该状态下Zn2+还原速度与 n氧化速度相等，两个方向旳电子和物质互换速度相等。 意味着此时经过电极旳电流接近零。即所谓旳平衡状态，
两个连续过程那一种慢就是受那个控制 扩散控制：扩散过程速度较慢，为整个反应旳控制过
第七章 线性电势扫描伏安法
根据Eλ之后的阴极电流 衰减曲线为基线。
iPa的基线难以确定时，
一、可逆体系
对于产物稳定的可逆体系，循环伏安曲线的重要特征：
二、准可逆体系
判断电极反应是否可逆和不可逆的依据：
三、完全不可逆体系
第五节 多组分体系和多步骤电荷传递体系
一、平行的多组分电极反应体系
四、研究电活性物质的吸脱附过程
（a）反应物O弱吸附 （b）产物R弱吸附 （c）反应物O强吸附
（d）产物R强吸附
34 5
7
6
8
氧区：
氧的吸附、氧的析出以及吸附氧或氧化物的还原。
6 — 吸附氧或氧化物的还原 2 — 氧气析出 5 — 吸附氧或铂氧化物的形成
氢区：
氢的吸脱附反应和 析氢反应
7、8 — 阴极还原 产生吸附氢原子
循环伏安曲线：记录下的i-E曲线
循环伏安曲线规律： ，正向扫描与单扫描 曲线相同。
，回扫的伏安曲线与 Eλ值有关。 Eλ控制在越过峰值Ep足够 远时，回扫伏安曲线形状 受Eλ的影响可被忽略。
循环伏安曲线上的重要参数：
① 阴、阳极峰值电流iPc、iPa及其比值
② 阴、阳极峰值电势差值
阴极峰值电流iPc：
φ φ1
φt t
过电位变化起主导作用，电极 反应速率随所加电势的增加而 变大
② 随i增加，反应物浓 度下降，生成物浓度 增加，使 if 下降。
反应物流量下降 起主导作用，随 着时间的延长，δ 增大，扩散流量 下降，故电流下 降。
2. 扫描速度对响应曲线的影响 扫描速度不同，峰值电流不同。
i υ
φ(t)
3、4 — 吸附氢原 子氧化脱附反应
(完整版)循环伏安法与线性扫描伏安法
循环伏安法原理：循环伏安法（CV ）是最重要的电分析化学研究方法之一。
该方法使用的仪器简单，操作方便，图谱解析直观，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等许多 研究领域被广泛应用。
循环伏安法通常采用三电极系统，一支工作电极（被研究物质起反应的电极），一支参比电极（监测工作电极的电势），一支辅助（对）电极。
外加电压加在工作电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。
对可逆电极过程（电荷交换速度很快），如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63－ 在电极上还原，反应为：Fe(CN)63－＋e - → Fe(CN)64－得到一个还原电流峰。
当电压正向扫描时，Fe(CN)64－在电极上氧化，反应为： Fe(CN)64－ － e - → Fe(CN)63－得到一个氧化电流峰。
所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个如图2所示的氧化还原曲线。
扫描电压呈等腰三角形。
如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。
因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。
应用领域：循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应历程，电活性物质的吸附等许多信息。
循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。
如通过对未知研究体系的CV 研究，可以获研究对象的反应电位或和平衡电位, 估算反应物种的量，以及判断反应的可逆性。
电化学反应中物种反应的量可以依据Faraday 定律估算，, 其中m 为反应的摩尔量, n 为电极反应中的得失电子数，F 为 图2 氧化还原cv 曲线图图1 cv 图中电势~时间关系图3 Ag在Pt电极上电结晶过程的CV图0.01mol/LagNO3+0.1mol/LKNO3Faraday常数（96485 C.molmnFidtQt==∫0-1）。
循环伏安(LSV+CV)
在这一节中，将引入两个紧密相关的伏安形式* 线性扫描伏安法* 循环伏安法我们将看到如何进行这些测量以研究电极反应的电子传递机理和传输特性。
一、线性扫描线性扫描伏安法在线性扫描伏安(LSV)中，施加一个电位范围，非常类似于电位阶跃测量。
然而在LSV 中，电位从低限扫描到高限，如下图所示。
电压扫描速度 (v) 从直线的斜率计算，显然，改变扫描范围所用的时间，就可以改变扫描速度。
记录的线性扫描伏安的特性取决于下列因素：(1)、电子传递反应的速度；(2)、电活性粒子的化学反应(3)、电压扫描速度；在LSV测量中，电流响应被作图为电压的函数，而不是时间的函数，这与电位阶跃不同。
例如，如果我们回到Fe3+/Fe2+ 系统随后可以看到一个用只包含单Fe3+的电解液进行的单电压扫描的伏安图。
扫描从电流/电压图的左侧开始，这里没有电流。
当电压向右扫描时（向更加还原值），开始出现电流，最终在下降之前达到一个峰值。
为了理解这个行为，我们需要考虑电压对建立于电极表面的平衡的影响。
如果我们考虑Fe3+到Fe2+的还原，电子传递速度与电压扫描速度相比要快！因此，在电极表面，一个平衡被建立，与热力学预测的相同。
可以从平衡电化学回忆起Nernst方程预测的浓度和电压（电位差）之间的关系，这里E为施加电位差，Eo为标准电极电位。
所以，当电压从V1扫描V2到时，平衡位置从电极表面反应物没有转换的V1移动到全转换的V2 。
伏安行为的确切形式可以通过考虑电压和物质传递效应来理解。
当电位从V1开始扫描时，表面平衡开始改变，电流开始出现：随着电压从初始值继续扫描，电流在增加；平衡位置继续向右移动，有更多的反应物被转换。
峰值出现了，由于在某些点上，电极上部的扩散层已经足够增长，所以向电极方向的反应物流量速度已经不能满足Nernst方程的要求。
在这种情况下，电流开始下降，正如在电位阶跃测量中一样。
事实上，电流的下降服从Cottrell方程所预测的相同行为。
大学化学第五章循环伏安和线性扫描技术
图8.9电极表面吸附物质在可逆条件下的循环伏安曲线
O和R在电极表面的吸附强度相同，
p '
O吸附及快速电极过程动力学的电流-电势曲 线由下式给出：
ic
nF AO,i (EO / ER )
1 (EO / ER ) 2
这里O，i是实验开始前，在电极面积为A的电极 上吸附O的表面浓度；=(nF/RT)v, EO和ER分别表 示O和R的吸附能，并且
事实上，一个电极反应的可逆性与扫描速度 有关。在低扫描速度下，一个电极反应表现可逆 性，而在高扫描速度下，即转变为不可逆特性。 体系随扫描速度的增加，从可逆到不可逆的变化 见图8.6。当电荷传递反应速率与质量传递相比， 不能维持Nernst 方程的关系，电极反应就从可逆 转向不可逆。
准可逆电极反应循环伏安曲线的特点：
ip,c 2.99105 n(cn ')1/2 AcODO1/ 2 1/2
与可逆的情况相同的是，峰电流密度与浓度、 扫描速率的平方根成正比，但是，此外还与传递 系数的平方根成正比。对于一个单电子不可逆过 程，且=0.5时，该峰电流只有同样条件下可逆过 程峰电流的78.5%。
峰电流也可以用下面的方式表示
图8.1 在循环伏安法中所加电势随时间的变化
I/mA.cm-2
c
250
b
200
a
150
100
50
0
-50 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
E/ V(vs.Ag/AgCl)
图1 不同方法制备的PtRu/C催化剂在酸性溶液中对甲醇电氧化的循环伏安图
电流由两部分构成，法拉第电流和双电层充电电流
5.5 流体力学电极的线性电势扫描
电化学分析法的类别
电导增量法
总结词
电导增量法是通过比较反应前后溶液电导率 的变化来确定反应进程的方法。
详细描述
电导增量法利用了化学反应过程中离子浓度 的变化会导致电导率变化的原理，通过比较 反应前后溶液的电导率，可以了解反应进程
和反应速率。
电导滴定法
总结词
电导滴定法是一种通过滴定操作来测定物质浓度的电 导法。
详细描述
应用范围
常规极谱法广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究等领域，可检测 多种金属离子、有机物和生物分子等。
脉冲极谱法
定义
脉冲极谱法是一种改进的极谱法，通过施加短暂的脉冲电压来减小充电电流的影响，提高 检测灵敏度和分辨率。
工作原理
在脉冲极谱法中，施加一个短暂的脉冲电压，使待测物质在电极上还原或氧化，产生电流 响应。由于脉冲电压的持续时间较短，可以减小充电电流的影响，提高检测的灵敏度和分 辨率。
总结词
控制电位电解法是一种通过控制电极电位，使电解质溶液中的离子在电极上发生氧化或还原反应的方 法。
详细描述
控制电位电解法主要用于研究电极反应的动力学过程和机理，以及测定电极反应的速率常数、活化能 等参数。该方法对于研究电极过程和电化学反应机制具有重要意义。
恒电量放电法
总结词
恒电量放电法是一种通过控制放电电量 的大小和时间，使电解质溶液中的离子 在电极上发生氧化或还原反应的方法。
电化学分析法的类别
目录
• 伏安法 • 电位法 • 电解法 • 电导法 • 极谱法
01
伏安法
线性扫描伏安法
总结词
线性扫描伏安法是一种常用的电化学分析方法，通过在电极 上施加线性电压扫描，测量电流响应来研究电化学反应过程 。
详细描述
线性扫描伏安法和循环扫描伏安法
实验五线性扫描伏安法和循环扫描伏安法一．实验目的1、了解线性扫描伏安法和循环扫描伏安法的特点和基本原理。
2、掌握线性扫描伏安法的定量分析方法。
、3、了解循环扫描伏安法在研究电极机理方面的应用。
二、基本原理1、线性扫描伏安法线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压，即电极电位是随外加电压线性变化记录工作电极上的电解电流的方法。
记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图。
可逆电极反应的峰电流可由下式表示：Ip=0.4463nFADo1/2Co*(n F v/RT)1/2=5.99*105n3/2Ado1/2v1/2Co*（1）式中n为电子交换数，A为电极有效面积，Do为反应物的扩散数，v为电位扫描速度，Co*为反应物（氧化态）的本体浓度。
也可简化为（A不变时）ip=kv1/2Co* （2）即峰电流与扫描速度的1/2次方成正比，与反应物的本体浓度成正比。
这就是线性扫描伏安法定量分析的依据。
对于可逆电极反应，峰电位与扫描速度无关，Ep=E1/2±1.1RT/nF （3）但当电位反应为不可逆时（准可逆或完全不可逆）。
Ep随扫描速度增大而负（正）移。
2、循环伏安法循环伏安法的原理同线性扫描伏安法相同，该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-电势曲线。
只是比线性扫描伏安法多了一个回归。
所以称为循环伏安法。
循环伏安法是电化学方法中最常用的实验技术。
循环伏安法有两个重要的实验参数，一个峰电位之比，二是峰电位之差。
对于可逆电极反应，峰电流之比iPc/ipa的绝对值约等于1。
峰电流之差约为59.6mv（25℃）。
△Ep=2.22RT/nF （4）三．仪器和试剂1.电化学分析系统2.三电极系统：玻碳电级为工作电极，Ag/Agcl电极为参比电极，铂钛电极为对极。
3.1.0×10-3mol/L铁氰化钾溶液四．实验步骤1.选择仪器实验方法：电位扫描技术——线性扫描伏安法或循环伏安法。
循环伏安法与线性扫描伏安法(最新整理)
循环伏安法原理：循环伏安法（CV ）是最重要的电分析化学研究方法之一。
该方法使用的仪器简单，操作方便，图谱解析直观，在电化学、无机化学、有机化学、生物化学等许多 研究领域被广泛应用。
循环伏安法通常采用三电极系统，一支工作电极（被研究物质起反应的电极），一支参比电极（监测工作电极的电势），一支辅助（对）电极。
外加电压加在工作电极与辅助电极之间，反应电流通过工作电极与辅助电极。
对可逆电极过程（电荷交换速度很快），如一定条件下的Fe(CN)63-/4-氧化还原体系，当电压负向扫描时，Fe(CN)63－ 在电极上还原，反应为：Fe(CN)63－＋e - → Fe(CN)64－得到一个还原电流峰。
当电压正向扫描时，Fe(CN)64－在电极上氧化，反应为： Fe(CN)64－ － e - → Fe(CN)63－得到一个氧化电流峰。
所以，电压完成一次循环扫描后，将记录出一个如图2所示的氧化还原曲线。
扫描电压呈等腰三角形。
如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物重新被氧化的阳极过程。
因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧化过程的循环，故称为循环伏安法。
应用领域：循环伏安法能迅速提供电活性物质电极反应的可逆性，化学反应历程，电活性物质的吸附等许多信息。
循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。
如通过对未知研究体系的CV 研究，可以获研究对象的反应电位或和平衡电位, 估算反应物种的量，以及判断反应的可逆性。
电化学反应中物种反应的量可以依图2 氧化还原cv 曲线图图1 cv 图中电势~时间关系据Faraday 定律估算，, 其中m 为反应的摩尔量, n 为电极反应中的得失电子数，F 为Faraday 常数（96485 C.molmnFidtQt==∫0-1）。
如图3的CV 图中，阴影部分对应的是铂上满单层氢脱附的电量，为210 μC/cm 2。
第十章循环伏安法
i
-E
催化反应的判据实验：
1、电流函数ip,c/v1/2 随V增加而减小 2、在低扫速时，ip,c可达一个极限值 3、ip,c大于由Randlers－ Sevcik方程式所计算出的值
书P237给出一个Fe（Ⅲ）－三乙醇胺－羟胺催化体系。自学
五、吸附过程
循环伏安法也是研究电极表面吸附现象的重要方法 1、反应物为吸附态的可逆过程 只有吸附态的Ox和Red有电 活性，溶液态的没有电活性 与扩散控制的循环伏安图不 一样，上下左右完全对称。 Epa＝Epc，峰后电流降至基 线。 因为不需要传质过程，扩散 因素可忽略不计。
ø
fOx DRe2d RT E1 E ln 1 2 nF f Re d DOx2
f Ox f Re d
E p , a E p ,c 2 E
DOx DRe d
ø
E
ø
E p , a E p ,c 2
只要电极过程可逆，反应产物稳定，用循环伏安法测定EØ是 很方便的。
二、电极过程产物的鉴别 以对氨基苯酚为例： 在较负的电位下做阳极 扫描（从S开始），得 到氧化峰1，然后再往 回扫得到两个阴极峰2、 3；再做阳极扫描时得 到两个阳极峰4和5 （虚线部分）
4、峰电位随扫速增加而正移 书P105已证明
ip,c实/ ip,c理 1.0
v
Randles- Sevcik方程式
i pc理论 2.69 10 n D Av 2 c
5 2 2
3
1
1
c指Ox平衡浓度
例： Cd－H3X(氨三乙酸)的循环伏安图
峰2不可逆波 峰1动力波 2 1
3 扫速快，峰1降低，可证明它是前行动力波
峰3
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教案
实验线性扫描伏安法与循环伏安法
一、实验目的
1、了解线性扫描伏安法和循环伏安法的特点和基本原理
2、掌握线性扫描伏安法的定量分析方法
3、了解循环伏安法在研究电极机理方面的应用
二、基本原理
1、线性扫描伏安法
线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压，即电极电位是随外加电压线性变化记录工作电极上的电解电流的方法。
记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图。
可逆电极反应的峰电流可由下式表示：
ip=0.4463nFADo1/2Co*(nFv/RT)1/2=5.99x105n3/2ADo1/2v1/2Co* (1) 式中n为电子交换数，A为电极有效面积，Do为反应物的扩散系数，v为电位扫描速度，Co*为反应物（氧化态）的本体浓度。
也可以简化为（A不变时）
ip=kv1/2Co* (2) 即峰电流与扫描速度的1/2次方成正比，与反应物的本体浓度成正比。
这就是线性扫描伏安法定量分析的依据。
对于可逆电极反应，峰电位与扫描速度无关，
Ep=E1/2±1.1RT/nF (3) 但当电极反应为不可逆时（准可逆或完全不可逆）。
Ep随扫描速度增大而负（正）移。
2、循环伏安法
循环伏安法的原理同线性扫描伏安法相同，只是比线性扫描伏安法多了一个回扫。
所以称为循环伏安法。
循环伏安法是电化学方法中最常用的实验技术。
循环伏安法有两个重要的实验参数，一是峰电位之比，二是峰电位之差。
对于可逆电极反应，峰电流之比iPc/iPa(阴极峰电流与阳极峰电流之比)的绝对值约等于1。
峰电流之差（ΔEp=|Epa--Epc|）约为59.6mV(25℃).
ΔEp=2.22 RT/nF (4)
三、仪器和试剂
1、电化学分析系统
2、三电极系统：玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极（或饱和甘汞电极）为参比电极，铂
电极为对极。
3、1.0x10-3mol/L K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液（含0.1mol/L KCl）
四、实验步骤
1、选择仪器实验方法：电位扫描技术——线性扫描伏安法或循环伏安法。
2、电极的预处理：铂电极用金相砂纸将电极表面抛光，然后用蒸馏水清洗。
3、参数设置：
4、线性扫描伏安法实验：
（1）以1.0x10-3mol/L K3[Fe(CN)6]溶液为实验溶液。
分别设扫描速度为0.02，0.05，0.10，
0.20，0.30，0.40，0.50和0.60V/S，记录线性扫描伏安图，并将实验结果填入下
表（表1）
教案
表1 线性扫描伏安法实验结果
5、循环伏安法实验
以1.0x10-3mol/L K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液为实验溶液，改变扫描速度，将实验结果填入下表（表3）
表2 不同扫速下的峰电流之比和峰电位之差
五、数据处理
1、将表1中的峰电流对扫描速度的1/2次方作图（ip—v1/2）得到一条直线，说明什么问
题？
2、将表1中的峰电位对扫描速度作图（Ep—v），并根据曲线解释电极过程。
3、表2中的峰电流之比值几乎不随扫描速度的变化而变化，并且接近于1，为什么？
4、以表2中的峰电位之差值对扫描速度作图（ΔEp-v），从图上能说明什么问题？。