循环伏安法测定溶质离子浓度及扩散系数
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。利用微米级的铂丝直接嵌入到玻璃里面，然后通过打磨和抛光得到光滑表面的铂微米圆般电极，利用制得的圆盘电极，来测量扩散控制的氧化还原反应中离子的浓度值。实验结果显示测量的铁氰化钾浓度很好的符合实验配置的浓度。脉冲伏安法常常被用来测量微理离子的浓度。对于二茂铁的饱和溶液，随着脉冲时间的增加，其测量饱和二茂铁的浓度是减小的，因为其中二茂铁的吸附作用是减弱的。当添加少许的乙腈时，常规电极测量其循环伏安曲线的结果显示，氧化还原反应电流是扩散控制的。利用微小电极的边缘效应形成的稳态电流，结合常电极的循环伏法，可以精确地测量饱和二茂铁在水中的浓度值是11.4μmol/L。关键词：脉冲伏安法 循环伏安法 铁氰化钾 二茂铁 目录
第一章 绪论 1
1.1背景与意义 1
1.2循环伏安法 1
1.2.1循环伏安法 1
1.2.2循环伏安法的应用 3
1.3脉冲伏安法 4
1.3.1脉冲伏安法 4
1.3.2脉冲伏安法的应用 5
1.4三电极体系 6
1.4.1工作电极 6
1.4.2辅助电极 7
1.4.3参比电极 7
1.5微电极?? 7
1.5.1微电极的定义 7
1.5.2微电极的工作原理?? 7
1.5.3微电极的电化学特性?? 8
第二章 实验设计 9
2.1实验药品及仪器 9
2.2微电极的制作 9
2.3循环伏安法实验 10
2.3.1实验步骤 10
2.4脉冲实验 12
2.5循环伏安法测饱和二茂铁水溶液的浓度 12
第三章 实验结果 14
3.1微小电极制作 14
3.2循环伏安法测量铁氰化钾离子浓度 15
3.3脉冲伏安法测量二茂铁离子浓度 19
3.4循
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
9
2.3循环伏安法实验 10
2.3.1实验步骤 10
2.4脉冲实验 12
2.5循环伏安法测饱和二茂铁水溶液的浓度 12
第三章 实验结果 14
3.1微小电极制作 14
3.2循环伏安法测量铁氰化钾离子浓度 15
3.3脉冲伏安法测量二茂铁离子浓度 19
3.4循环伏安法测饱和二茂铁水溶液的浓度 20
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1背景与意义
电化学研究的是两种不同的导体形成的带电界面现象和在其上发生的变化的科学。在电化学发展的进程中，发展了很多不同的枝系，例如现在正在被广泛使用在生物、合成、材料，光学等许多方面，也正是因为在这些方面应用的成熟，让电化学在航天、医疗、生物、环境保护、能源开发、等许多方面得到了非常广泛的应用。目前全世界都很关注的研究如：材料、生命、能源、环境保护科学等等都离不开电化学。随着科学家们的不断努力，科技的发展越来越迅速，电脑、电子和电化学技术等得发展是尤为突出。这是熟悉的老一代方法极谱法与经典极化曲线法[12]已经渐渐的不被人使用了，因为已经有更好的方法出现他们比之更为灵巧，比之更加精确。如循环伏安法、脉冲伏安法等等。就因为循环伏安法应用如此广泛为此学习了解电化学测试方法已经变得非常的重要了。学习了这门测试方法后，在以后的工作，研究中是非常必要的。所以本文研究的循环伏安法测离子浓度来掌握，并且能运用这门测试方法，通过实验来彻底明白循环伏安法的原理，以及测试时需要注意的东西。
1.2循环伏安法
1.2.1循环伏安法
循环伏安法[3]作为一种电位扫描技术越来越受到广泛的应用。由于循环伏安法能非常的灵敏并且方便的应用在电化学谱和用于力学方面的研究和考察，所以通常当第一次对某一个东西进行研究的时候，循环伏安法就成为了首选手段。循环伏安法也是线性伏安法的一种，即设定一个扫描电位范围起始电位E1和终止电位E2，用已知的扫描速率扫描，循环伏安法只是比线性伏安法多了一个回扫，所以称之为循环伏安法。一说到电化学方法，大家的脑子里面第一个会想到的就是循环伏安法，因为它很常用。循环伏安法也作为电化学表征的最重要的手段。在做循环伏安法的时候，都会关注的两个参数分别是峰电流和峰电位，这两个参数是做循环伏安实验时的最关键的两个参数。通常的情况下如果电极反应是一个可逆的反应，那么阴极峰电流和阳极峰电流绝对值的比将会接近1。并且如果是在25℃峰电位之差接近于60mV。通常情况下，如果想要获得一个体系的动力学参数并且需要使用循环伏安法时，首先要做定性实验，然后才开始做半定量定量实验。直到最后获得需要的参数为止。通常在典型的定性研究中，会在一个比较宽的扫描范围内得到相应的伏安曲线。一般情况下峰值会有好多个，就需要观察这些峰值还有峰值电位，看他们之间的关系，这些峰什么时候出现，什么时候消失，从而进一步分析这些峰值出现有什么差别，就有可能得出由这些峰表示的有关反应过程。通过研究计算这些峰值和扫描速率，就可以得到数据知道实验体系的各方面的性能。
循环伏安法测离子浓度的原理，工作电极，参比电极和辅助电极是循环伏安法会要用到的电极，做循环伏安实验时，需要在参比电极和工作电极上加载电压，这个电压需要是对称的三角电压。通常这个工作电极的表面上是不会又什么变化的。实验就是在电化学工作站上面将扫描电位和电流之间的关系曲线记录下来的过程。这个曲线就是循环伏安曲线，即CV曲线。在实验中扫描的前半部分曲线会出现一个波峰，后半部分也会出现一个与之对应的波峰。前半部分如果发生的是还原反应则是阴极过程，得到的波形是阴极波；后半部分发生氧化反应则是阳极过程，得到的则是阳极波。这样进行了一个来回循环的扫描，就在电极上面进行了一个完整的氧化还原的循环。通过得到的循环伏安曲线的峰值电流，峰电位等等就可以得出这个电极反应是否可逆。如图1.1
图 11循环伏安曲线
判断这个电化学行为的可逆性有两个依据[4]：（1）不管扫描速度是否发生变化，峰值电位是不会发生改变的；（2）峰值电流ip和扫描速度V的平方根的关系是成正比的。且ipV1/2是过原点的一条直线。满足了这两个条件之后才能说明这个过程是可逆的。
对于可逆的电化学波来说，溶液的浓度C(mol/L),扫描速度v（V/s）,峰值电流ip(A),扩散系数D(cm2/s)和电极的面积A(cm2)之间有着如下的关系式[5]：
ip=0.4463n3/2F3/2ACv1/2D1/2R1/2T1/2 （11）
式中ip就是阳极的峰值电流，n是氧化或还原时一个分子转移的电子数，C是溶液的浓度，v是扫描电位的扫描速度，D是扩撒系数，A是电极面积，T是绝对温度
第一章 绪论 1
1.1背景与意义 1
1.2循环伏安法 1
1.2.1循环伏安法 1
1.2.2循环伏安法的应用 3
1.3脉冲伏安法 4
1.3.1脉冲伏安法 4
1.3.2脉冲伏安法的应用 5
1.4三电极体系 6
1.4.1工作电极 6
1.4.2辅助电极 7
1.4.3参比电极 7
1.5微电极?? 7
1.5.1微电极的定义 7
1.5.2微电极的工作原理?? 7
1.5.3微电极的电化学特性?? 8
第二章 实验设计 9
2.1实验药品及仪器 9
2.2微电极的制作 9
2.3循环伏安法实验 10
2.3.1实验步骤 10
2.4脉冲实验 12
2.5循环伏安法测饱和二茂铁水溶液的浓度 12
第三章 实验结果 14
3.1微小电极制作 14
3.2循环伏安法测量铁氰化钾离子浓度 15
3.3脉冲伏安法测量二茂铁离子浓度 19
3.4循
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
9
2.3循环伏安法实验 10
2.3.1实验步骤 10
2.4脉冲实验 12
2.5循环伏安法测饱和二茂铁水溶液的浓度 12
第三章 实验结果 14
3.1微小电极制作 14
3.2循环伏安法测量铁氰化钾离子浓度 15
3.3脉冲伏安法测量二茂铁离子浓度 19
3.4循环伏安法测饱和二茂铁水溶液的浓度 20
结 论 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1背景与意义
电化学研究的是两种不同的导体形成的带电界面现象和在其上发生的变化的科学。在电化学发展的进程中，发展了很多不同的枝系，例如现在正在被广泛使用在生物、合成、材料，光学等许多方面，也正是因为在这些方面应用的成熟，让电化学在航天、医疗、生物、环境保护、能源开发、等许多方面得到了非常广泛的应用。目前全世界都很关注的研究如：材料、生命、能源、环境保护科学等等都离不开电化学。随着科学家们的不断努力，科技的发展越来越迅速，电脑、电子和电化学技术等得发展是尤为突出。这是熟悉的老一代方法极谱法与经典极化曲线法[12]已经渐渐的不被人使用了，因为已经有更好的方法出现他们比之更为灵巧，比之更加精确。如循环伏安法、脉冲伏安法等等。就因为循环伏安法应用如此广泛为此学习了解电化学测试方法已经变得非常的重要了。学习了这门测试方法后，在以后的工作，研究中是非常必要的。所以本文研究的循环伏安法测离子浓度来掌握，并且能运用这门测试方法，通过实验来彻底明白循环伏安法的原理，以及测试时需要注意的东西。
1.2循环伏安法
1.2.1循环伏安法
循环伏安法[3]作为一种电位扫描技术越来越受到广泛的应用。由于循环伏安法能非常的灵敏并且方便的应用在电化学谱和用于力学方面的研究和考察，所以通常当第一次对某一个东西进行研究的时候，循环伏安法就成为了首选手段。循环伏安法也是线性伏安法的一种，即设定一个扫描电位范围起始电位E1和终止电位E2，用已知的扫描速率扫描，循环伏安法只是比线性伏安法多了一个回扫，所以称之为循环伏安法。一说到电化学方法，大家的脑子里面第一个会想到的就是循环伏安法，因为它很常用。循环伏安法也作为电化学表征的最重要的手段。在做循环伏安法的时候，都会关注的两个参数分别是峰电流和峰电位，这两个参数是做循环伏安实验时的最关键的两个参数。通常的情况下如果电极反应是一个可逆的反应，那么阴极峰电流和阳极峰电流绝对值的比将会接近1。并且如果是在25℃峰电位之差接近于60mV。通常情况下，如果想要获得一个体系的动力学参数并且需要使用循环伏安法时，首先要做定性实验，然后才开始做半定量定量实验。直到最后获得需要的参数为止。通常在典型的定性研究中，会在一个比较宽的扫描范围内得到相应的伏安曲线。一般情况下峰值会有好多个，就需要观察这些峰值还有峰值电位，看他们之间的关系，这些峰什么时候出现，什么时候消失，从而进一步分析这些峰值出现有什么差别，就有可能得出由这些峰表示的有关反应过程。通过研究计算这些峰值和扫描速率，就可以得到数据知道实验体系的各方面的性能。
循环伏安法测离子浓度的原理，工作电极，参比电极和辅助电极是循环伏安法会要用到的电极，做循环伏安实验时，需要在参比电极和工作电极上加载电压，这个电压需要是对称的三角电压。通常这个工作电极的表面上是不会又什么变化的。实验就是在电化学工作站上面将扫描电位和电流之间的关系曲线记录下来的过程。这个曲线就是循环伏安曲线，即CV曲线。在实验中扫描的前半部分曲线会出现一个波峰，后半部分也会出现一个与之对应的波峰。前半部分如果发生的是还原反应则是阴极过程，得到的波形是阴极波；后半部分发生氧化反应则是阳极过程，得到的则是阳极波。这样进行了一个来回循环的扫描，就在电极上面进行了一个完整的氧化还原的循环。通过得到的循环伏安曲线的峰值电流，峰电位等等就可以得出这个电极反应是否可逆。如图1.1
图 11循环伏安曲线
判断这个电化学行为的可逆性有两个依据[4]：（1）不管扫描速度是否发生变化，峰值电位是不会发生改变的；（2）峰值电流ip和扫描速度V的平方根的关系是成正比的。且ipV1/2是过原点的一条直线。满足了这两个条件之后才能说明这个过程是可逆的。
对于可逆的电化学波来说，溶液的浓度C(mol/L),扫描速度v（V/s）,峰值电流ip(A),扩散系数D(cm2/s)和电极的面积A(cm2)之间有着如下的关系式[5]：
ip=0.4463n3/2F3/2ACv1/2D1/2R1/2T1/2 （11）
式中ip就是阳极的峰值电流，n是氧化或还原时一个分子转移的电子数，C是溶液的浓度，v是扫描电位的扫描速度，D是扩撒系数，A是电极面积，T是绝对温度
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/hxycl/jscl/338.html
