实验4循环伏安法测定电极反应参数

华南师范大学实验报告

学生姓名： 学号：

专业：新能源材料与器件 年级班级：17新能源1班

课程名称：电化学基础实验 实验项目：循环伏安法测定电极反应参数 实验指导老师：吕东生 实验时间：2019年3月25日

一、 实验目的

1. 了解循环伏安法的基本原理及应用

2. 掌握循环伏安法的实验技术和有关参数的测定方法。

二、 实验原理

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邻域被广泛应用。循环伏安法通常采用三电极系统，一支工作电极，一支参比电极，一支对电极。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。

循环伏安法加电压的方式如图a 所示。对可逆电极过程，如一定条件下的

3/46()Fe CN --氧化还原体系，当电压负向扫描时，36()Fe CN -

在电极上还原，得到一个还原电流峰。当电压正向扫描时，46()Fe CN -

在电极上氧化，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b 所示的氧化还原曲线。

图a.循环伏安法加电压的方式

图b.循环伏安法测得的氧化还原曲线

在循环伏安法中，阳极峰电流i pa ，阴极峰电流pc i 、阳极峰电势pa E 、阴极峰电势pc E 以及a i p /c i p 、p pa pc -E E E ∆（）时最为重要的参数。 对于一个可逆过程：p pa pc -57~63/n m 25E E E ∆≈（）（） V （℃）。 一般情况下，p E ∆约为58/n mV （25℃），pa pc i /i 1≈。 正向扫描的峰电流p i 为：

3115

222

p i =2.6910n v AD C ⨯

从p i 的表达式看：p i 与1

2

v 和C 都呈线性关系，对研究电极过程具有重要意义。标准电极电势为：o pa pc =+/2E E E （）。所以对可逆过程，循环伏安法是一个方便的测量标准电极电位的方法。

三、 实验器材

CHI 电化学工作站；玻碳电极；铂电极；Hg/Hg 2SO 4电极；0.1 mol/L VO 2++ 0.1 mol/L VO 2++3 mol/L H 2SO 4溶液

四、 实验步骤

1. 预处理电极。

2. 连接好电极，打开CHI 电化学工作站，选择“开路电位”,测得开路电位

为0.410V 。

3.选择“循环伏安”方法,设置实验参数。初始电位为开路电位0.410V，阴

极终止电位-2.0V，阳极终止电位+2.0V，扫描速率为20mV/s，循环次数2

次后，保存实验数据。

4.更换电解液，重新处理电极，选择“开路电位”,测得开路电位为0.405V。

将扫速设置为5mV/s，初始电位为开路电位0.408V，阴极终止电位为-0.3V，阳极终止电位为1.1V，循环次数为3次后，保存实验数据。

5.在扫描速度分别为10mV/s，15mV/s，20mV/s，30mV/s下按照步骤4的实验

条件测量循环伏安曲线，初始电位为开路电位分别为0.402V、0.401V、

0.405V、0.390V，阴极终止电位都为-0.3V，阳极终止电位都为1.1V。同

样循环3次后保存实验数据。

6.清洗电极和电解槽，关闭仪器和电脑。

五、实验数据处理及分析

1.作出玻碳电极在-

2.0V~2.0V范围内测出的循环伏安曲线图 (选第2次扫

描的曲线)。指出玻碳电极上的析氢电位、析氧电位以及另外一对氧化峰

和还原峰的电位及其对应的电化学反应。

图1.玻碳电极在0.1 mol/L VO

2++ 0.1 mol/L VO2++3 mol/L H

2

SO

4

溶液中，

-2V~+2V范围内的循环伏安图

由图1可以得知，玻碳电极上的析氢电位为-1.746V,析氧电位为+1.686V 。 ① 另外一对氧化峰的电位为0.984V ，

对应的电化学反应为：2+22+e 2VO H O VO H -+

+-→+

② 另外一对还原峰的电位为-0.733V ，

对应的电化学反应为：2+222+e VO H VO H O ++-+→+

2. 在同一张图中做出-0.3V~1.1V 范围内不同扫速下的循环伏安曲线。列表

总结不同扫速下的测量结果。

图2.玻碳电极在0.1 mol/L VO 2++ 0.1 mol/L VO 2++3 mol/L H 2SO 4溶液中，

-0.3V~+1.1V 范围内不同扫速下的循环伏安图 由图2，利用origin 工具，根据实验原理求得不同扫速下的扫速参数E pa 、E pc 、i pa 、i pc ，并计算得ΔE p 和i pa /i pc ，填入下表：

3.根据ΔE

p 和i

pa

/i

pc

随扫描速度的变化趋势，说明扫速对VO

2

+/ VO2+电对的可

逆性的影响。

答：对于可逆电极，i

pa /i

pc

≈1，ΔE

p

≈（57~63）/n mV(25℃)≈（57~63）

mV（该体系n=1）。

根据上表得数据分析得，随着扫速的增加，ΔE

p 逐渐增大，i

pa

/i

pc

也越来

越偏离1，即VO

2

+/ VO2+电对的可逆性变差。原因在于扫速增加会使得电极的电化学极化增加，从而导致电极的可逆性降低。

4.在同一张图中作出i

pa 和i

pc

对v1/2的曲线，并指出这两条曲线是否都是通过

原点的直线。

图3. i

pa 和i

pc

对v1/2的曲线图

由图3可以看到，两条曲线都是不通过原点，原因有以下两点：

①在实际中，该电极反应不可能是可逆过程，因此不可能完全满足i

p

与v1/2

呈线性关系。而实验反映出i

p

随着v1/2增加而增加，与准可逆过程相符。

②实验中的操作不当以及在后期对数据处理时切线法中取得切线存在一定

的误差，因此所作出的i

pa 和i

pc

对v1/2的曲线不完全是直线，并且不过原点。