可逆体系循环伏安的研究
循环伏安法实验报告
循环伏安法实验报告在电化学研究中，循环伏安法是一种简单而又强大的研究方法。
通过循环伏安法，可以对电极可逆性进行判断：反应是可逆的，则曲线上下对称，若反应不可逆，则曲线上下不对称；判断电极反应机理的判断：如电极吸附现象、电化学反应过程中产物等；更重要的是，循环伏安法能够用于实验中的定量分析。
接下来，运用实验数据来答疑解惑。
通常我们选择铁氰化钾体系（Fe（CN）63-/4-）对电化学行为中的可逆过程进行研究，它的氧化与还原峰对称，两峰的电流值相等，两峰电位差理论值为0.059V 0 通常电极表面的处理对该理论值有很大的影响，一般选择玻碳电极为工作电极、铂电极为对电极、饱和甘汞电极为参比电极。
选择AI2O3抛光粉将电极表面磨光，然后在抛光机上抛成镜面，最后分别在1:1乙醇、1:1HNO3和蒸馏水中超声波清洗15秒。
另外，溶液是否除氧，这个也是必须考虑的，我们选择通高纯N2除O2 o在电解池中放入 5.00 x l0-4mol/LK3（内含0.20mol/L KNO3 ，作为支持电解质。
支持电解质的浓度实际上也对实验有影响，此处暂不考虑）。
插入工作电极、铂丝辅助电极和饱和甘汞电极。
设置电化学工作站中的参数，参数的设定需要不断的尝试，根据电化学工作站窗口显示的图形调节出合适的参数图一的i-E曲线即为循环伏安图。
从循环伏安图中可以看出有两个峰电流和两个峰电位，阴极峰电流ipc，峰电位以Epc（jpc）表示；阳极峰电流ipa，峰电位以Epa 表示。
ipc 或ipa 的下标的 a 代表 anode， c 代表 cathode。
我们可知道，A Ep=Epa-Epc=56/n （单位：mV）（ n为反应过程中的得失电子数），ipc与ipa的比值越接近于1，则该体系的可逆程度就越高。
这是判断可逆体系的最直接的方法。
OOOOOOOOODOOAUOOOO 987<05从321 12 3 4-^5-7- 从电化学工作站的工作界面，可以得出氧化峰电位为 Epa=227mV,峰电流为ipa=-1.91 '10-6A ;还原峰电位是 Epc=170mV ，峰电流是 ipc=1.9 '10-6A 。
循环伏安法原理及结果分析
循环伏安法原理及结果分析在电化学研究领域，循环伏安法是一种极为重要且应用广泛的技术手段。
它能够为我们提供有关电化学反应的丰富信息，对于理解物质的氧化还原性质、电极过程动力学以及探究电极表面的特性等方面具有重要意义。
循环伏安法的基本原理基于电化学中的氧化还原反应。
在一个三电极体系中，通常包括工作电极、对电极和参比电极。
工作电极是发生电化学反应的主要场所，对电极用于提供或接受电流，以保证电化学反应的顺利进行，而参比电极则提供一个稳定的电位参考。
在实验过程中，向工作电极施加一个线性变化的电位扫描。
电位从起始电位开始，向一个方向扫描，到达终止电位后，再反向扫描回到起始电位，如此构成一个循环。
在电位扫描过程中，测量通过工作电极的电流。
当电位逐渐变化时，电活性物质在电极表面发生氧化或还原反应。
如果电活性物质在给定的电位范围内具有氧化还原活性，那么在特定的电位下，会发生氧化反应，电流随着电位的增加而增加；当电位继续升高，氧化反应达到极限，电流逐渐减小。
在反向扫描过程中，发生还原反应，电流随着电位的降低而增加，达到还原反应的极限后，电流又逐渐减小。
循环伏安曲线的形状和特征包含了丰富的信息。
其中，最重要的参数包括峰电位、峰电流和峰峰电位差。
峰电位是指电流达到最大值时所对应的电位。
对于可逆的电化学反应，氧化峰电位和还原峰电位之间的差值较小，通常在 59/n mV 左右（n 为电子转移数）。
而对于不可逆的电化学反应，峰电位差值较大。
峰电流与电活性物质的浓度、扫描速率以及电子转移数等因素有关。
根据 RandlesSevcik 方程，在一定条件下，峰电流与电活性物质浓度成正比，与扫描速率的平方根成正比。
因此，通过测量峰电流，可以对电活性物质进行定量分析。
峰峰电位差也是判断电化学反应可逆性的重要指标。
较小的峰峰电位差表明反应的可逆性较好，而较大的峰峰电位差则提示反应的不可逆程度较高。
此外，通过对循环伏安曲线的分析，还可以了解电极表面的吸附现象、反应的控制步骤（是扩散控制还是电化学控制）以及电极反应的动力学参数等。
实验4循环伏安法测定电极反应参数
实验4循环伏安法测定电极反应参数华南师范⼤学实验报告学⽣姓名：学号：专业：新能源材料与器件年级班级：17新能源1班课程名称：电化学基础实验实验项⽬：循环伏安法测定电极反应参数实验指导⽼师：吕东⽣实验时间：2019年3⽉25⽇⼀、实验⽬的1. 了解循环伏安法的基本原理及应⽤2. 掌握循环伏安法的实验技术和有关参数的测定⽅法。
⼆、实验原理循环伏安法（CV ）是最重要的电分析化学研究⽅法之⼀。
该⽅法使⽤的仪器简单，操作⽅便，图谱解析直观，在电化学、⽆机化学、有机化学、⽣物化学等许多研究邻域被⼴泛应⽤。
循环伏安法通常采⽤三电极系统，⼀⽀⼯作电极，⼀⽀参⽐电极，⼀⽀对电极。
外加电压加在⼯作电极与辅助电极之间，反应电流通过⼯作电极与辅助电极。
循环伏安法加电压的⽅式如图a 所⽰。
对可逆电极过程，如⼀定条件下的3/46()Fe CN --氧化还原体系，当电压负向扫描时，36()Fe CN -在电极上还原，得到⼀个还原电流峰。
当电压正向扫描时，46()Fe CN -在电极上氧化，得到⼀个氧化电流峰。
所以，电压完成⼀次循环扫描后，将记录出⼀个如图b 所⽰的氧化还原曲线。
图a.循环伏安法加电压的⽅式图b.循环伏安法测得的氧化还原曲线在循环伏安法中，阳极峰电流i pa ，阴极峰电流pc i 、阳极峰电势pa E 、阴极峰电势pc E 以及a i p /c i p 、p pa pc -E E E ?（）时最为重要的参数。
对于⼀个可逆过程：p pa pc -57~63/n m 25E E E ?≈（）（） V （℃）。
⼀般情况下，p E ?约为58/n mV （25℃），pa pc i /i 1≈。
正向扫描的峰电流p i 为：3115222p i =2.6910n v AD C ?从p i 的表达式看：p i 与12v 和C 都呈线性关系，对研究电极过程具有重要意义。
标准电极电势为：o pa pc =+/2E E E （）。
简述循环伏安法实验技术的应用
简述循环伏安法实验技术的应用循环伏安法实验技术是一种重要的化学实验技术，它在研究化学反应、电化学过程和材料性能等方面有着广泛的应用。
本文将简述循环伏安法实验技术的原理、实验步骤、实验结果和分析以及实验总结等方面，以帮助读者更好地了解该实验技术的应用。
循环伏安法实验技术的原理是基于电池原理的。
在电池中，电流通过电极和电解质，电子从阳极流向阴极，从而使得化学反应得以发生。
而循环伏安法实验技术则是将电池中的化学反应进行逆转，即通过外加电压的方式使得电子从阴极流向阳极，从而使得化学反应得以在电极表面反复进行。
这种方法可以用来研究反应的动力学过程、测定反应速率常数以及研究电极表面上的吸附过程等。
设定测量条件。
需要设定扫描速度、扫描范围、温度和电解质浓度等条件。
这些条件的设定需要根据实验的具体需求进行调整。
选择合适的测试方法。
循环伏安法常用的测试方法有线性扫描伏安法、循环伏安法、阶梯伏安法等。
选择合适的测试方法对于获得准确的实验结果非常重要。
进行测量数据采集。
在实验过程中，需要实时记录电流随电压变化的数据，并确保数据采集的准确性和稳定性。
处理和分析。
对采集到的数据进行处理和分析，包括绘制伏安曲线、计算反应速率常数、分析反应机理等。
通过循环伏安法实验技术，可以获得反应过程中的电流-电压曲线，即伏安曲线。
通过对曲线的分析，可以得出反应动力学参数、电极表面吸附性质等相关信息。
例如，如果曲线中出现明显的氧化还原峰，说明电极表面发生了相应的化学反应；如果峰电流随扫描速度的增加而增加，则说明反应是扩散控制的；如果峰电流随扫描速度的增加而减小，则说明反应是动力学控制的。
还可以通过计算得出反应速率常数，并与已知文献值进行比较，以评估实验结果的准确性。
循环伏安法实验技术在研究化学反应、电化学过程和材料性能等方面有着广泛的应用，是一种非常有效的化学实验技术。
通过对实验结果的分析，可以得出反应动力学参数、电极表面吸附性质等相关信息，为进一步的研究提供可靠的依据。
实验30循环伏安法研究电极的可逆性
• 以不同的扫描速率：25，50，100，150 和200 mV/s，分 别记录从-0.20~+0.60V扫描的循环伏安图。
2.仪器参数的设定
Technique
Cyclic Voltammetry
Init E= 0.6V
以 50 mV/s 扫描速率从- 0.20 ~ + 0.60V扫描， 分别记录：
1×10-4, 1×10-3,1×10-2和5×10-2M K3Fe(CN)6 与0.10 M KCl溶液的循环伏安图。
Hale Waihona Puke 五、数据处理（1）从K3Fe(CN)6溶液的循环伏安图测定ipa，ipc和Epa， Epc值。
（2）分别以ipa和ipc对v1/2作图，说明峰电流与扫描速率 间的关系。
i / A
p
15
10
5
0 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45
-5
v1/2 / (V s-1)1/2
-10
-15
2. ipa、ipc与相应c的关系曲线
i / A p
16
12
8
4
0
0.0004 0.0008 0.0012 0.0016 0.0020
-4
c / mol L-1
-8
-12
-16
Initial Scan：Negative
Parameters
High E= 0.6V
Low E= -0.2V
Scan Rate 25 mV/s, 50 mV/s,100 mV/s, 150 mV/s, 200 mV/s
Sensitivity 1e-005 OK
循环伏安法原理及结果分析
循环伏安法原理及结果分析在电化学研究领域，循环伏安法是一种极其重要的研究手段。
它不仅能提供有关电极反应的丰富信息，还在材料科学、生物化学、环境监测等众多领域发挥着关键作用。
接下来，让我们深入了解一下循环伏安法的原理以及如何对其结果进行分析。
循环伏安法的基本原理基于控制电极电位的线性扫描。
在实验中，工作电极的电位以一定的速率在一个特定的电位范围内进行周期性的线性扫描。
通常，电位从起始电位开始，向一个方向扫描到终止电位，然后反向扫描回到起始电位，如此反复，形成一个循环。
在这个过程中，电极表面会发生氧化还原反应。
当电极电位达到某种物质的氧化电位时，该物质会在电极表面被氧化，产生氧化电流；当电极电位反向扫描到该物质的还原电位时，之前被氧化的物质会被还原，产生还原电流。
通过测量这些电流随电位的变化关系，我们就能够获得有关电极反应的信息。
为了更好地理解循环伏安法的原理，我们可以以一个简单的氧化还原反应为例。
假设在溶液中存在一种可氧化还原的物质 A，其氧化态为 A+，还原态为 A。
当工作电极的电位逐渐升高时，当达到 A 的氧化电位时，A 会被氧化为A+，同时产生氧化电流。
随着电位的继续升高，氧化电流可能会先增大，然后由于扩散控制等因素逐渐减小。
当电位反向扫描时，A+会在电极表面被还原为 A，产生还原电流。
那么，循环伏安法得到的结果通常以电流电位曲线的形式呈现。
在分析这些曲线时，有几个关键的参数和特征需要关注。
首先是峰电位。
氧化峰电位和还原峰电位分别对应着物质的氧化和还原过程中电流达到最大值时的电位。
峰电位的位置可以提供有关反应的难易程度和可逆性的信息。
一般来说，对于可逆反应，氧化峰电位和还原峰电位之间的差值较小；而对于不可逆反应，这个差值较大。
其次是峰电流。
峰电流的大小与参与反应的物质的浓度、扩散系数以及扫描速率等因素有关。
根据 RandlesSevcik 方程，在一定条件下，峰电流与扫描速率的平方根成正比，与物质的浓度成正比。
循环伏安法原理及结果分析
循环伏安(fúān)法原理及应用(yìngyòng)小结(xiǎojié) 1 电化学原理(yuánlǐ)1.1 电解池电解池是将电能转化(zhuǎnhuà)为化学能的一个装置，由外加电源，电解质溶液，阴阳电极构成。
阴极：与电源负极相连的电极（得电子，发生还原反应）阳极：与电源正极相连的电极（失电子，发生氧化反应）电解池中，电流由阳极流向阴极。
1.2 循环伏安法1）若电极反应为O＋e-→R，反应前溶液中只含有反应粒子O，且O、R在溶液均可溶，控制扫描起始电势从比体系标准平衡电势(φ平)正得多的起始电势(φi)处开始势作正向电扫描，电流响应曲线则如图0所示。
图0 CV扫描电流响应曲线2）当电极电势逐渐负移到(φ平)附近时，O开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。
由于电势越来越负，电极表面反应物O的浓度逐渐下降，因此向电极表面的流量和电流就增加。
当O的表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值Ipc，然后电流逐渐下降。
当电势达到(φr)后，又改为反向扫描。
3）随着电极电势逐渐变正，电极附近可氧化的R粒子的浓度较大，在电势接近并通过(φ平)时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成R的方向发展。
于是R开始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流Ipa，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰降。
整个曲线称为“循环伏安曲线”1.3 经典三电极体系经典三电极体系由工作电极（WE）、对电极（CE）、参比电极（RE）组成。
在电化学测试过程中，始终以工作电极为研究电极。
其电路原理如图1，附CV图（图2）：扫描范围-0.25-1V，扫描速度50mV/S，起始电位0V。
图1 原理图图2 CBZ的循环伏安(fúān)扫描图图2所示CV扫描(sǎomiáo)结果为研究(yánjiū)电极上产生的电流随电位(di àn wèi)变化情况图。
循环伏安-化学反应的研究
循环伏安对化学反应的研究简介循环伏安可以用来研究物质的化学反应，为了进行说明，让我们考虑一些可能的反应。
首先，考虑电化学反应：电极反应的符号最早由Testa和Reinmuth建议，任何电极步骤标注为E，任何化学步骤标注为C。
因此上面的反应可以表示为EC反应。
当扩散传递控制时，这个反应的物质传递方程是：物质(O)的物质传递方程与没有化学反应发生时相同，然而物质(R) 有一个附加期间来考虑这个事实：它被第一顺序反应化学地消除了。
通过研究循环伏安反应，可以得到化学反应速度常数的信息。
下图表示作为EC反应记录的循环伏安，非常的大！这时电子转移反应是可逆的，化学反应速度常数kEC可以看到，这个循环伏安与没有化学反应发生时观察到的有明显区别。
发生了反向峰大小的还原反应，因为电化学制造的(R)大部分被化学步骤消除了。
所以，尽管(R)是稳定的，当电压扫描回来时，会有氧化电流。
现在只有很少的(R)以电化学方式再恢复回到(O)，因此只有很小的氧化电流。
另一个图表示kEC 从很大变到很小时，相应的循环伏安。
标注为紫红色的扫描代表上面讨论过的kEC非常大的情形。
从图可以看到，当kEC减小时，电流电压曲线向更负（还原方向）的方向移动，而且开始观察到一个反向峰。
红线代表kEC非常非常小的情形，本质上与（R）为非化学活性的情形相同。
反向峰的大小可以根据扫描过程中发生反应的物质量来解释。
对很小的kEC值，(R)在循环伏安测量的时间内实质上是没有化学活性的，所以观察不到这与稳定可逆电子转移反应的区别。
当kEC增加时，反向峰的大小开始减小，这是由于化学反应消除了(R)。
一旦kEC达到某个值，(R)的全部都被化学消除，不会再观察到反向峰。
通过分析反向峰高度，可以估算kEC 值。
当kEC开始降低时波位置改变的原因是：电化学系统需要建立一个由施加电压控制的平衡。
对于可逆电子转移反应，表面(O)和(R)的比值可以在任何特殊施加电压值上由Nernst方程预算出来。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CHI660电化学综合分析仪、电子天平、电极（金、铂丝、饱和甘汞）、恒温槽、双层三口瓶
四、实验步骤及问题分析
1、打开微机，开启CHI660电化学综合分析仪之后进入软件操作系统
2、配制活化电极溶液，取15ml3.0mol/L H2SO4稀释至45ml。
3、检查电极之后将电极和双层三口瓶清洗干净，将稀释的H2SO4稀释倒入双层三口瓶，饱和甘汞电极连接白色夹子，金电极连接绿色夹子，光亮电导电极连接红色夹子，然后进行循环伏安扫描操作从而活化电极，参数设置如下：
2）电位扫描的范围，对测定结果有何影响？是否点位范围越大测定结果越好？
答：电位扫描范围的确定是根据所测体系的物理化学性质得到的，所以如果电位扫描范围过大或者过小都有可能使得测定结果不理想，或者所得结果不明显。
3）讨论循环伏安曲线中峰值电流ip的影响因素。
答：根据公式关系： 可知，峰电流与体系中被测物性质k、电子转移数目n、扩散系数D、电压扫描速率v、电极面积A和被测物质浓度c有关。
北京理工大学
物理化学实验报告
可逆体系的循环伏安研究
班级：09111101
实验日期：2013-4-16
一、实验目的
1、掌握循环伏安法研究电极过程的基本原理
2、学习使用CHI660电化学综合分析仪
3、测定K3Fe(CN)6体系在不同扫描速率时的循环伏安图
二、实验原理
基本原理是：根据研究体系的性质，选择电位扫描范围和扫描速率，从选定的起始电位开始扫描后，研究电极的电位按指定的方向和速率随时间线性变化，完成所确定的电位扫描范围到达终止电位后，会自动以同样的扫描速率返回到起始电位。在电位进行扫描的同时，同步测量研究电极的电流响应，所获得的电流－电位曲线称为循环伏安曲线或循环伏安扫描图。通过对循环伏安扫描图进行定性和定量分析，可以确定电极上进行的电极过程的热力学可逆程度、得失电子数、是否伴随耦合化学反应及电极过程动力学参数，从而拟定或推断电极上所进行的电化学过程的机理。
0.095
1.09E-04
0.313
-9.95E-05
0.218
0.707
1ห้องสมุดไป่ตู้53E-04
-1.41E-04
0.600
0.089
1.17E-04
0.321
-1.04E-04
0.232
0.775
1.51E-04
-1.35E-04
0.700
0.081
1.23E-04
0.325
-1.08E-04
0.244
Init E ( V ):
1.2
High E ( V ):
1.2
Low E ( V ):
-1.2
Initial scam :
Negative
Scan rate (V/s):
0.3
Sweep segments:
50
Sample interval (V):
0.001
Quiet time (s):
2
Sensitivity
但是，铁氰化钾与亚铁氰化钾构成可逆体系，理论上可逆体系的电位差不受扫描速率的影响，△Ep／mV在55~65之间，而实验数据却有较大的出入。可能的原因有：1）电极长时间使用，可能已经老化；电极活化不到位，电极表面的氧化膜等杂质没有除净。2）电极钝化速度快，从图像中可以看出，体系的不可逆程度越来越高，可以反映出电极的钝化。3）电极的接口生锈也会影响到实验数据的测量。
七、思考题
1）用循环伏安研究不同的电极过程时，如何选择和确定合适的扫描速率。扫越好？的影响与电子反应得失的难以程度的联系如何？
答：氧化-还原反应过程中电子转移的速率是一定的。为了得到完整的扫描图像，扫描速率应该稍快于电子转移速率。扫描速率过快，那么扫描结束反映未结束，并且会产生电极极化现象，电位差减小，误差增大。扫描速率越快，电极极化现象越明显，阴阳极间电压越低，得失电子越难进行。
1.00E-02
可以观察到铂电极上有大量的气泡产生，金电极下附着一个大气泡，扫描图像越来越低。
4、测量溶液体系的循环伏安测定
1）溶液配置：称取0.0005molK3Fe(CN)6、0.0005molK4Fe(CN)6·3H2O和0.04molKNO3于洗净的烧杯中，用水溶解后转移至100ml容量瓶中，定容。
循环伏安法研究体系是由工作电极、参比电极、辅助电极构成的三电极系统，工作电极和参比电极组成电位测量，工作电极和辅助电极组成的回路测量电流。本实验采用甘汞电极做参比电极，铂电极做辅助电极，金电极做工作电极，测量体系为K3Fe(CN)6体系。根据Nernst方程，当Ep的数值接近2.3RT/zF，且ipa与ipc的数值相等或接近时，电极反应是可逆过程。但是，△Ep值与电位扫描范围、扫描时换向电位等实验条件有关，其值会在一定范围波动。当实验测定温度为298K，由Nernst方程计算得出的△Ep／mV＝59/z，如果从循环伏安图得出的△Ep／mV的值在55/z～65/z范围，即可认为电极反应是可逆过程。
在记录实验数据是发现，扫描速率为0.2V•s-1的图像没有显示Epc，Ipc，Epa，Ipa数据，如下图所示，故舍去该组数据。
在不同的扫描速率下的Epc、Ipc，、Epa，、Ipa数据记录如下：
υ/(V/s)
Epc
ipc
Epa
ipa
ΔEp／V
υ1/2
/（V/s）1/2
ipc/υ1/2
ipa/υ1/2
0.176
0.500
1.65E-04
-1.61E-04
0.300
0.120
8.90E-05
0.299
-8.65E-05
0.179
0.548
1.62E-04
-1.58E-04
0.400
0.111
9.94E-05
0.304
-9.54E-05
0.193
0.632
1.57E-04
-1.51E-04
0.500
Sweep segments:
2
Sample interval (V):
1.00E-03
Quiet time (s):
2
Sensitivity (s):
1.e-004
每次扫描完成之后简单处理数据，读出峰值之后保存数据，并将图像复制到word文档中。
五、实验数据处理及分析
下图为扫描速率为50mV/s时的循环伏安曲线图
0.837
1.47E-04
-1.29E-04
0.800
0.075
1.29E-04
0.330
-1.11E-04
0.255
0.894
1.45E-04
-1.24E-04
做不同扫描速率下电位差Ep的变化图像：
△Ep／mV在122~255之间，并且随着扫描速率的增加，△Ep／mV增大。根据Nerst方程，电位差△Ep/mV在55~65之间时电极反应是可逆的,△E／mV＞59，数值越大，不可逆程度越高,说明此体系可逆程度弱；阴阳极峰电流比值约为1；循环伏安曲线图有阴极和阳极峰，说明实验中此体系应为准可逆体系。
2）将配置混合液装入双层三口瓶，按原方式连接电极，改变参数之后进行循环伏安扫描。
参数设置为：
Init E ( V ):
0.5
High E ( V ):
5.00E-01
Low E ( V ):
-0.2
Initial scam :
Negative
Scan rate (V/s):
0.05, 0.1, 0.2, 0.25, 0.3,0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8
0.050
0.162
3.77E-05
0.284
-4.31E-05
0.122
0.224
1.68E-04
-1.93E-04
0.100
0.146
5.46E-05
0.287
-5.73E-05
0.141
0.316
1.73E-04
-1.81E-04
0.250
0.123
8.26E-05
0.299
-8.05E-05
做阴极电流函数对扫描速率图像：
从图像上可以看出第一个点明显与之后8个点趋势不一样，故在线性拟合是舍去。拟合曲线表现为线性相关，相关度较好，分别为：0.97898和0.96649。可以认为电流函数（ip／υ1／2）与扫描速率ν呈线性关系，可以判断电极过程不否属于电化学－化学耦合过程，即在电极反应历程中，不包含或伴随耦合化学反应。