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1、循环伏安法循环伏安法(Cyclic voltammetry)金金 山山Central China Normal UniversityCentral China Normal University华中师范大学化学学院华中师范大学化学学院循环伏安法(Cyclic voltammetry)金 山1电化学反应的特征电化学反应的特征电化学发展的三个阶段：电化学热力学：平衡状态下的电化学体系 电化学动力学（电极过程动力学）：反应速度和机理 现代电化学：微观电化学：研究电的作用和化学作用相互关系电的作用和化学作用相互关系的化学分支。涉及通过电流所导致的化学变化以及通过化学反应来产生电能方面的研究（电解池，原
2、电池）在电化学体系中，关心的是影响电荷在化学相界面电荷在化学相界面之间，如电子导体（电极）和离子导体（电解质）之间迁移的过程和因素。电界面什么是电化学？什么是电化学？电化学反应的特征电化学发展的三个阶段：什么是电化学？2glass beaker or specially made cellelectrolyte with or without added redox active solutemagnetic stirrercopper wiredisk working electrode,material of interest,or inert material,e.g.Au,Pt or
3、glassy carbonepoxy resin or other inert and insulatorSchematic diagram of a three electrode celldiaphragm,porous or ion conducting membranegraphite rod counter electrodesecond electrolyteLuggin capillary salt bridgeAg wire1 mM AgNO3Ag+/Ag reference electrodeglass frit or ion conducting membraneinert
4、 gas,Ar or N2inert gas blanketlid(not necessarily for sealing but stopping gas phase convection)电化学装置？电化学装置？glass beaker or specially made3 在一定扫描速率下，从起始电位正向扫描到转折电位期间，溶液中在一定扫描速率下，从起始电位正向扫描到转折电位期间，溶液中在一定扫描速率下，从起始电位正向扫描到转折电位期间，溶液中在一定扫描速率下，从起始电位正向扫描到转折电位期间，溶液中RedRed被氧化生成被氧化生成被氧化生成被氧化生成OxOx，产生氧化电流；当负向扫描从
5、转折电位变到原起始，产生氧化电流；当负向扫描从转折电位变到原起始，产生氧化电流；当负向扫描从转折电位变到原起始，产生氧化电流；当负向扫描从转折电位变到原起始电位期间，在指示电极表面生成的电位期间，在指示电极表面生成的电位期间，在指示电极表面生成的电位期间，在指示电极表面生成的OxOx 被还原生成被还原生成被还原生成被还原生成RedRed ，产生还原电流。，产生还原电流。，产生还原电流。，产生还原电流。iE曲线曲线循环伏安法循环伏安法循环伏安法循环伏安法电化学技术？电化学技术？Initial potentialFinal potential 在一定扫描速率下，从起始电位正向扫描到转折电位4如何理
6、解此呈峰状的如何理解此呈峰状的电流电位曲线电流电位曲线?还原还原如何理解此呈峰状的电流电位曲线?还原5循环伏安技术的几个重要参数循环伏安技术的几个重要参数图形解析图形解析图形解析图形解析可逆性判断可逆性判断可逆性判断可逆性判断可用来计算电极面积和扩散系数可用来计算电极面积和扩散系数循环伏安技术的几个重要参数图形解析可逆性判断可用来计算电极面6循环伏安技术的几个重要参数循环伏安技术的几个重要参数图形解析图形解析图形解析图形解析可逆性判断可逆性判断可逆性判断可逆性判断可用来计算电极面积和扩散系数可用来计算电极面积和扩散系数循环伏安技术的几个重要参数图形解析可逆性判断可用来计算电极面7ipa与相应v
7、1/2的关系曲线increasing scan rateEfpEbpIbpIfpiEsteady state iE curve,u 0iLf问题问题1：当当0时，时，Ip0，据此可以，据此可以认为采用很慢的扫描速度时不出现认为采用很慢的扫描速度时不出现氧化还原电流吗？氧化还原电流吗？ipa与相应v1/2的关系曲线increasing scan8问题问题2：电极反应的电极反应的“可逆性可逆性”与热力学中的可逆性意义是否相同与热力学中的可逆性意义是否相同？电极反应的电极反应的“可逆性可逆性”循环伏安图中，可逆性与电子转移速率相对于扩散传质速率循环伏安图中，可逆性与电子转移速率相对于扩散传质速率是否
8、足够快有关。是否足够快有关。如果反应速率足够快，则界面的如果反应速率足够快，则界面的O、R浓度符合能斯特公式。即浓度符合能斯特公式。即可以看作可逆，反应物的表面浓度与电极电势的关系可以用能斯可以看作可逆，反应物的表面浓度与电极电势的关系可以用能斯特公式描述。特公式描述。当扫描速度增大时，扩散传质速率加快，电子转移速率与质量当扫描速度增大时，扩散传质速率加快，电子转移速率与质量传递相比，不能维持传递相比，不能维持Nernst方程，电极反应从可逆转向不可逆。方程，电极反应从可逆转向不可逆。问题2：电极反应的“可逆性”循环伏安图中，可逆性与9 一个确定的电极反应在电势扫描伏安曲线中表现为一个确定的电极反应在电势扫描伏安曲线中表现为“可逆可逆”、“部分可逆部分可逆”或或“不可逆不可逆”是与所施加的电势扫描速度相关的。是与所施加的电势扫描速度相关的。小结：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。一个确定的电极反应在电势扫描伏安曲线中表现为“可逆”、10
电化学工作站及循环伏安法ppt课件
