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1、实验9：线性电位扫描法测量交换电流密度一、实验目的 1. 理解交换电流密度的意义；2. 掌握线性电位扫描法测量交换电流密度。二、实验原理 设电极反应为：当电极电位等于平衡电位时，电极上没有净反应发生，即没有宏观的物质变化和外电流通过，但是在微观上仍有物质交换。也就是说，电极上的氧化反应和还原反应处于动态平衡，即：因为平衡电位下的还原反应速度与氧化反应速度相等，在电化学上用一个统一的符号io来表示这两个反应速度。这里io就叫作交换电流密度或简称交换电流。它表示平衡电位下氧化反应和还原反应的绝对速度。也就是说，io就是在平衡条件下，氧化态粒子和还原态粒子在电极/溶液界面的交换速度。所以，所以交换电
2、流密度本身就表征了电极反应在平衡态下的动力学特征，它的大小与电极反应的速率常数、电极材料和反应物质的浓度等因素有关。 在低过电位下，过电位（V）与极化电流密度i (A)之间呈线性关系，即可见，RT/nFio具有电阻的量纲，常被称为电荷转移电阻Rct（或Rr）。它相当于电荷在电极/溶液界面传递时单位面积上的等效电阻。当 10 mV时，拟合极化曲线中的线性部分，根据拟合直线的斜率可以求得Rct，再根据上述公式求得交换电流密度io(A/cm2）。三、实验器材CHI电化学工作站；铂片电极；Hg/Hg2SO4参比电极；玻碳电极；三口电解池；0.1 mol/L VO2+ + 0.1 mol/L VO2+
3、+3 mol/L H2SO4溶液；程控水浴锅四、实验步骤1. 预处理电极，用去离子水沾湿玻碳电极后在砂纸上打磨至表面光亮，然后用去离子水冲洗干净后用滤纸擦干。打磨铂电极至光亮，用浓盐酸洗液浸泡后擦干.2. 打开仪器和电脑，连接仪器和电极。记录电极开路电位其值为0.4083V，待开路电位稳定后，选择“线性电位扫描”方法。电极电位为0.4083V，从0.3878V的电位开始扫描，终止电位是0.4478V，扫描速率是0.3mV/s，自动灵敏度；4. 待测量结束后，保存数据，将电解槽放入50oC水浴锅中，重复步骤2（此时测得开路电位为0.4088V）；5. 关闭电脑和仪器，清洗电极与电解槽。五、实验数
4、据处理及分析1. 将在室温和50oC下的线性电位扫描曲线的线性部分分别进行线性拟合，求出io值；图1.室温下玻碳电极的线性电位扫描曲线取点（0.013766,1.7568x10-5）(-0.01297,-1.8402x10-5)求得图1拟合曲线斜率倒数为743.28图2. 50oC下玻碳电极的线性电位扫描曲线（粗实线为拟合部分）取点（0.0105033397，2.5807961x10-5）（-0.013675351，-3.6741418x10-5）求得斜率倒数为386.55由图可知：室温时，Rct=743.28，即RT/nFio=743.28，所以io=3.454-5A/cm250时，Rct=
5、386.55，即RT/nFio=386.55，所以io=7.2-5A/cm22. 在同一张图中作出与i 的极化曲线，并分别叠加它们线性部分拟合曲线；图3.玻碳电极在常温及50C条件下的线性电位扫描曲线3. 将实验八解析得到的Rct数据代入上文中与i关系方程，求出室温和50oC下的io值，并列表比较两种方法求到的不同温度下的io值。实验八数据处理：常温：Rct=342.5，io=3.21610-4A/cm2；50: Rct=104.4, io=1.19910-3A/cm2。交流阻抗谱法线性电位扫描法室温7.50-5A/cm23.454-5A/cm2502.70-4A/cm27.20-5A/cm2 表1 两种方法求到的不同温度下的io值
线性电位扫描法测量交换电流密度
