椭圆电极上扩散控制电流的研究
循环伏安法在电化学测量技术当中有很重要的应用，可以用来定性定量分析氧化还原反应动力学参数。而利用微小电极的边缘效应可以达到强制对流所产生的稳态扩散过程，结合常规电极的循环伏安法，可以得到溶液氧化还原反应中离子扩散系数和浓度。?微小电极的制作一般是在玻璃里面固定微米级铂丝来实现。由于金属铂的易延展性和可塑性，导致圆形表面形状发生变化，由假定的理想圆形变成非规则圆。 第一部分是利用常规圆盘电极和微圆盘电极来测量溶液的循环伏安法，并得用得到的实验结果来计算溶液中氧化还原反应离子的扩散系数和浓度，并与自己实验配置的浓度和理论扩散系数对比。实验结果显示两者的比较相符。?? ?第二部分首先尝试各种方法制作实验所需椭圆微电极，利用火焰把铂丝封入玻璃里面可以得到较好的铂微米电极，之后制作多组与垂直面不同角度的微电极.然后通过光学显微镜观察微电极表面，并测量椭圆长轴与短轴大小。然后利用制作的电极测量循环伏安电流，并与理论值电流相比较，实验结果显示较好的一致性。同时计算圆盘微电极的面积，可以得到稳态扩散的实验值与电极面积的平方根成正比，这个结论可以用来处理非标准圆的微电极，可以用电极面积的平方根来代替半径，来推导出稳态扩散电流值。关键字：微小电极、椭圆电极、循环伏安法、稳态扩散电流目 录
第一章 绪论 1
1.1微电极 1
1.1.1微电极的定义 1
1.1.2微电极的工作原理 1
1.1.3微电极的电化学特性 1
1.1.4化学修饰电极 3
1.1.5 阵列电极技术来调查水线腐蚀的机理 4
1.1.6微电极技术的应用 4
1.2.1工作电极 6
1.2.2.辅助电极 6
1.2.3 参比电极 7
1.3循环伏安法 7
1.3.1循环伏安法原理 7
1.3.2循环伏安法的应用 9
1.4 微盘、微半球电极上准稳态电流公式 10
1.4.1统一的准稳态电流方程 11
1.4.2线性扫描准稳态伏安法 12
第二章 实验部分 13
2.1实验主要研究内容 13
2.2实验药品 14
2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
法 7
1.3.1循环伏安法原理 7
1.3.2循环伏安法的应用 9
1.4 微盘、微半球电极上准稳态电流公式 10
1.4.1统一的准稳态电流方程 11
1.4.2线性扫描准稳态伏安法 12
第二章 实验部分 13
2.1实验主要研究内容 13
2.2实验药品 14
2.3实验设备 14
2.4实验材料 14
2.5电解质溶液配制 14
2.5.1 配制摩尔浓度为0.05mol/L的铁氰化钾与氯化钾混合溶液 14
2.5.2二茂铁的乙腈溶液的配制 15
2.6铂微电极的制作 15
2.6.1环氧树脂E44或者E51 15
2.6.2 703或者704硅橡胶 16
2.6.3 914快速粘接剂 17
2.6.4 火烧 17
2.7实验过程 19
第三章 数据分析 19
3.1直径2mm大电极测试 19
3.2直径100μm的小电极测试 21
3.3直径100μm椭圆铂丝电极测试 21
3.4 直径50μm的铂丝电极测试 30
实验结论 32
致谢 32
参考文献 33
绪论
1.1微电极
1.1.1微电极的定义
微电极指的是一维尺寸为（106m）或纳米（109m）级的一类电极【1】。
1.1.2微电极的工作原理
微电极和常规电极在电解本质方面是不存在多少不一样的，他们在物质的传输过程中也表现出很多相似之处。当电活性物质在电解质溶液中发生氧化还原反应时，电极/溶液的界面会产生异相电荷的迁移，这个时候，反应物就会从自身溶液之中向电极的表层进行扩散。对于常规的电极来说，电化学反应物的扩散很像半无限的平面扩散；在微电极的系统中，不说垂直于电极表层的线性扩散，电活性物质还具有和电极表层平行的非线性扩散。由此而言，在微电极上物质的扩散是多维的。
1.1.3微电极的电化学特性
1.物质在微电极表面的扩散是多维的
在超微电极系统中，除了垂直于电极表面的线性扩散以外，电活性物质还有与电极表面平行的非线性扩散。对微小电极而言，因为扩散层厚度与半径差别不大，在电极表面会有“边缘效应”，经过特定时间后电流达到稳态，此稳态电流是由径向扩散引起的。实验表明，和稳态电流的的电流密度成反比的是电极的半径，所以，对于微小电极来说，起主导作用的是径向扩散也就是非线性扩散，这样才能在短时间内快速达到稳态，另外因为微小电极的半径非常小，所以稳态电流密度相对较大。
2.电流迅速达到稳态，稳态电流密度较大
达到一定的电位时，在电极上电活性物质产生反应使得电极表面和溶液之间产生一段浓度梯度，引起从本体溶液电活性物质向电极表面的扩散。以下以超微圆盘电极作为例子，它的扩散方程公式[1]为
这个公式的右侧第三项表示线性扩散，右边第一和第二项表示径向扩散。通过公式能够推测出，当电极半径很大的时候那么线性扩散起主导作用，当电极半径非常小时，那么径向扩散起主导作用。
从线性扩散所得到的电流称为线性扩散电流，该电流能通过Cottrell公式[1]来表示，
即：
该公式只能够适用在电极半径无接近无穷大的圆盘电极，通过该公式可以看出，当t无穷大的时候，电流趋近于零。实验研究表明，电极的半径和稳态电流的电流密度成反比关系，因此，对于微电极来说，非线性扩散起主导作用，在较短时间之内能够很快地达到稳态，另外因为微电极的半径非常小，因此稳态电流密度比较大。这两点是微电极最明显区别于常规电极的地方。
3.较快的扩散传质速率
扩散传质速率就是表示电活性物质在扩散场中每个单位时间内扩散的速度。用M表示，依据它的定义，M=D/δ D 为扩散系数，δ表示扩散层厚度。相对于常规电极而言，它的半径较大，电流是主要受到线性扩散的控制，它的扩散传质速率表达式[2]为：
对为地阿基莱索，它的半径非常小，电流主要是受到径向扩散的控制，在稳态时，它的扩散传质速率表达式为[1]
由此可见，在常规圆盘电极中扩散传质速率和时间有关，但微圆盘电极的扩散传质速率和时间没关系，另外微圆盘电极的扩散传质速率比起常规电极的扩散传质速率要大得多。因此在利用微电极来进行电化学实验的时候，一般溶液产生的对流对电流的影响不是太大。
4.较小的时间常数和欧姆降
在电解池系统中，如果电极电位出现一个阶跃变化，那么因为电极上的双电层所导致的时间与充电电流的关系[1]是
式中，R表示电解池内阻，△E表示阶跃电位的幅度，t 为阶跃电位持续时间，Cs 为双电层容量。通过这个能够看出，充电电流通过t的指数逐渐减小，因为Cs和电极的面积呈现正比关系，所以充电电流也和电极面积呈现指数关系。所以，电极的半径越小，充电电流衰减得越快，时间常数也越小。微电极电极材料的内阻和底液的组成决定微电极电
第一章 绪论 1
1.1微电极 1
1.1.1微电极的定义 1
1.1.2微电极的工作原理 1
1.1.3微电极的电化学特性 1
1.1.4化学修饰电极 3
1.1.5 阵列电极技术来调查水线腐蚀的机理 4
1.1.6微电极技术的应用 4
1.2.1工作电极 6
1.2.2.辅助电极 6
1.2.3 参比电极 7
1.3循环伏安法 7
1.3.1循环伏安法原理 7
1.3.2循环伏安法的应用 9
1.4 微盘、微半球电极上准稳态电流公式 10
1.4.1统一的准稳态电流方程 11
1.4.2线性扫描准稳态伏安法 12
第二章 实验部分 13
2.1实验主要研究内容 13
2.2实验药品 14
2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
法 7
1.3.1循环伏安法原理 7
1.3.2循环伏安法的应用 9
1.4 微盘、微半球电极上准稳态电流公式 10
1.4.1统一的准稳态电流方程 11
1.4.2线性扫描准稳态伏安法 12
第二章 实验部分 13
2.1实验主要研究内容 13
2.2实验药品 14
2.3实验设备 14
2.4实验材料 14
2.5电解质溶液配制 14
2.5.1 配制摩尔浓度为0.05mol/L的铁氰化钾与氯化钾混合溶液 14
2.5.2二茂铁的乙腈溶液的配制 15
2.6铂微电极的制作 15
2.6.1环氧树脂E44或者E51 15
2.6.2 703或者704硅橡胶 16
2.6.3 914快速粘接剂 17
2.6.4 火烧 17
2.7实验过程 19
第三章 数据分析 19
3.1直径2mm大电极测试 19
3.2直径100μm的小电极测试 21
3.3直径100μm椭圆铂丝电极测试 21
3.4 直径50μm的铂丝电极测试 30
实验结论 32
致谢 32
参考文献 33
绪论
1.1微电极
1.1.1微电极的定义
微电极指的是一维尺寸为（106m）或纳米（109m）级的一类电极【1】。
1.1.2微电极的工作原理
微电极和常规电极在电解本质方面是不存在多少不一样的，他们在物质的传输过程中也表现出很多相似之处。当电活性物质在电解质溶液中发生氧化还原反应时，电极/溶液的界面会产生异相电荷的迁移，这个时候，反应物就会从自身溶液之中向电极的表层进行扩散。对于常规的电极来说，电化学反应物的扩散很像半无限的平面扩散；在微电极的系统中，不说垂直于电极表层的线性扩散，电活性物质还具有和电极表层平行的非线性扩散。由此而言，在微电极上物质的扩散是多维的。
1.1.3微电极的电化学特性
1.物质在微电极表面的扩散是多维的
在超微电极系统中，除了垂直于电极表面的线性扩散以外，电活性物质还有与电极表面平行的非线性扩散。对微小电极而言，因为扩散层厚度与半径差别不大，在电极表面会有“边缘效应”，经过特定时间后电流达到稳态，此稳态电流是由径向扩散引起的。实验表明，和稳态电流的的电流密度成反比的是电极的半径，所以，对于微小电极来说，起主导作用的是径向扩散也就是非线性扩散，这样才能在短时间内快速达到稳态，另外因为微小电极的半径非常小，所以稳态电流密度相对较大。
2.电流迅速达到稳态，稳态电流密度较大
达到一定的电位时，在电极上电活性物质产生反应使得电极表面和溶液之间产生一段浓度梯度，引起从本体溶液电活性物质向电极表面的扩散。以下以超微圆盘电极作为例子，它的扩散方程公式[1]为
这个公式的右侧第三项表示线性扩散，右边第一和第二项表示径向扩散。通过公式能够推测出，当电极半径很大的时候那么线性扩散起主导作用，当电极半径非常小时，那么径向扩散起主导作用。
从线性扩散所得到的电流称为线性扩散电流，该电流能通过Cottrell公式[1]来表示，
即：
该公式只能够适用在电极半径无接近无穷大的圆盘电极，通过该公式可以看出，当t无穷大的时候，电流趋近于零。实验研究表明，电极的半径和稳态电流的电流密度成反比关系，因此，对于微电极来说，非线性扩散起主导作用，在较短时间之内能够很快地达到稳态，另外因为微电极的半径非常小，因此稳态电流密度比较大。这两点是微电极最明显区别于常规电极的地方。
3.较快的扩散传质速率
扩散传质速率就是表示电活性物质在扩散场中每个单位时间内扩散的速度。用M表示，依据它的定义，M=D/δ D 为扩散系数，δ表示扩散层厚度。相对于常规电极而言，它的半径较大，电流是主要受到线性扩散的控制，它的扩散传质速率表达式[2]为：
对为地阿基莱索，它的半径非常小，电流主要是受到径向扩散的控制，在稳态时，它的扩散传质速率表达式为[1]
由此可见，在常规圆盘电极中扩散传质速率和时间有关，但微圆盘电极的扩散传质速率和时间没关系，另外微圆盘电极的扩散传质速率比起常规电极的扩散传质速率要大得多。因此在利用微电极来进行电化学实验的时候，一般溶液产生的对流对电流的影响不是太大。
4.较小的时间常数和欧姆降
在电解池系统中，如果电极电位出现一个阶跃变化，那么因为电极上的双电层所导致的时间与充电电流的关系[1]是
式中，R表示电解池内阻，△E表示阶跃电位的幅度，t 为阶跃电位持续时间，Cs 为双电层容量。通过这个能够看出，充电电流通过t的指数逐渐减小，因为Cs和电极的面积呈现正比关系，所以充电电流也和电极面积呈现指数关系。所以，电极的半径越小，充电电流衰减得越快，时间常数也越小。微电极电极材料的内阻和底液的组成决定微电极电
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/331.html
