电化学实验一析氢行为

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一．实验目的

（1）掌握线性扫描技术

（2）掌握三电极体系

（3）掌握Tafel关系

二．实验原理

析氢反应方程：H++e→1/2H

2

线性扫描技术：控制电极电势按指定规律变化，同时测量电极电流随电势的变化。Tafel关系：强极化（但无浓差）发生时，超电势η与通过电极的电流密度j呈线性关系。（课本53页）

三．实验步骤及结果

实验步骤：

（1）用18.4mol/L浓硫酸配置50mL0.5mol硫酸溶液(a=1)

取适量水于烧杯中，量取6.8mL浓硫酸，缓慢加入烧杯中并用玻璃棒搅拌，将稀释后的溶液加入250mL容量瓶定容。

（2）用刚玉粉末作为抛光粉处理电极活性表面，以避免副反应干扰实验。（3）使用电化学工作站CHI660E进行线性扫描,为获取准确电势值，采用三电极体系。

工作电极：Φ2mm圆盘电极Au,Ni,GC，Φ0.5mmPt

对电极：钛电极

参比电极：Ag-Agcl,φ

Agcl/Ag

=0.222V,并使用鲁金毛细管以减小溶液电阻工作电极—绿色夹子，对电极—红色夹子，参比电极—白色电极

参数设置要考虑不同金属的起始终止电势，选定合适sensitivity以避免数据溢出，实验开始前要除去电极表面的气泡。

（4）数据处理：i=i

c +i

d

基线代表i

c

变化,超电势η=-0.222-E，电流密度j=i

d

/A

使用origin处理i,E数据并绘制η-lnj曲线，找到ab。实验数据：

（1）Au电极表面析氢行为

（2）GC 电极表面析氢行为

C u r r e n t (A )

Potential (V)

η (V )

lnj (A*m -2)

C u r r e n t (A )

Potetial (V)

（3）Ni 电极表面析氢行为

η (V )

lnj (A*m -2)

C u r r e n t (A )

Potential (V)

η (V )

lnj (A*m -2)

（4）Pt 电极表面析氢行为

（5）四种电极综合图

C u r r e n t (A )

Potential (V)

η (V )

lnj (A*m -2)

由图可知： 当lnj<4.81时，超电势受电极金属种类影响，η（GC ）>η（Ni ）>η（Au ）>η（Pt ），当lnj>4.81时，Ni 电极的拟合直线与Au 电极的拟合直线交叉，主要原因是Ni 位置选取不够恰当，所以拟合的误差比较大；

Pt 的超电势非常小，很适合做析氢反应的电极； 氢超电势主要受a 值影响，b 的影响较小； 当j →0时电极更接近可逆电极电势； 对GC,Ni,Au 电极，a 都要比b 大很多。

四．分析与结论

实验中出现的问题和解决方案：

（1）实验中鲁金毛细管内液面降到参比电极之下，使实验图呈“散点”，后停止 实验并用滴管移取少量电解液加入鲁金毛细管。

（2）测Au 曲线时发现起始电流约为2V ：配制的硫酸溶液中有溶解氧，反应为 O 2+2H 2O+4e →4OH -

（3）扫描中发现曲线电流不再随时间变化，说明数据溢出，需要停止实验，增 大范围，重新测量。

（4）测量中发现曲线很早就不再满足线性关系，停止实验，发现工作电极上有气泡，驱走气泡重新测量，几次测量曲线更相近。

实验结论：

（1）根据Tafel 方程η=a+b*lnj 超电势值受a 影响较大，受b 影响较小 （2）随电流密度j 增加，超电势增大

（3）随超电势η增大，电极电势偏离可逆电势的程度增加，获得相同电流所需的外加电压也要增加，应根据实际需要选择适合的金属做电极 （4）Pt 的超电势非常小，很适合做析氢反应的电极

（5）工作电极的表面积小于对电极表面积，所以工作电极极化程度远大于对电极极化程度，只需要加很小的电压，就可以让工作电极出现极化现象，因为通过电流极小，可近似认为参比电极的电势在一定温度下为常数。

（6）Tafel 关系中a,b

η (V )

lnj (A*m-2)

受实验室温度影响，所以b不等于0.050V