循环伏安法及应用
(完整版)循环伏安法
i p 2.69105 n3/ 2D1/ 2v1/ 2 Ac
n为电子转移数；D为被测物质的扩散系数，v为扫描速度，A 为电极面积，c为被测物质的浓度
2. 峰电位方程式
RT p 1/ 2 1.11 nF
+：氧化波 -：还原波
三、应用
(一) 判断电极过程的可逆性
对于可逆的电极反应，循环伏安图的上下
两条曲线是对称的，则：
峰电位之差满足此式，
峰电流：i pa / i pc 1
即电极反应是可逆的。
RT
峰电位：P Pa Pc 2.22 nF (m V )
25C时 ：P
56.5 (m V) n
b为部分可逆，它虽然也有还原电位峰和氧化电位峰， 但是上下不对称，也不满足（3）、（4）两式,但是峰 电流均与电压扫描速度√v成正比。峰电位随电压扫描 速度的增加而变化，阴极峰变负，阳极峰变正。
(三)循环伏安图
图上部位，当电位从正向
负扫描时，电活性组分在电极
上发生还原反应，产生还原波，
称为阴极支，其峰电流为ipc ， 峰电位为φpc 。
图下部位，当逆向扫描时，
电极表面的还原态物质发生氧
化反应，产生氧化波，称为阳
图8-18
极支，其峰电流为ipa ，峰电位 为φpa 。
(四)峰电流、峰电位方程式
+ 2H++2e-
NH OBiblioteka NHc为不可逆，因为它只有一个还原峰，反方向扫描时虽 然有连续的电流衰减但是没有得到氧化峰， ipc与电压 扫描速度√v成正比。当电压扫描速度明显增加时， φpc明显变负 。
(二)电极反应机理的研究
循环伏安法可用于电化学-化学 偶联过程的研究，即在电极反应过 程中还伴随着化学反应的产生。
循环伏安法及应用
循环伏安法及应用摘要：本文主要介绍了电化学研究方法中的循环伏安法实验技术的基本原理及其在电极反应的可逆性、定量分析及电极制备方面的应用。
关键词：电化学；循环伏安法；原理；应用一、循环伏安法的概念及原理循环伏安法(CyclicVoltammetry)是一种常用的电化学研究方法。
该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-电势曲线。
该法除了使用汞电极外，还可以用铂、金、玻璃碳、碳纤维微电极以及化学修饰电极等。
循环伏安法还可以改变电位以得到氧化还原电流方向。
循环伏安法中电压扫描速度可从每秒钟数毫伏到1伏。
若以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上，得到的电流—电压曲线包括两个分支，如果前半部分电位向阴极方向扫描，电活性物质在电极上还原，产生还原波，那么后半部分电位向阳极方向扫描时，还原产物又会重新在电极上氧化，产生氧化波。
因此一次三角波形扫描，完成一个还原和氧化过程的循环，故该法称为循环伏安法，其电流—电压曲线称为循环伏安图。
二、循环伏安法的应用对于一个新的电化学体系，首选的研究方法往往就是循环伏安法，可称之为“电化学的谱图”。
可根据循环伏安图中曲线的形状判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。
常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质如何。
（一）、判断电极反应的可逆性循环伏安法中电压的扫描过程包括阴极与阳极两个方向，因此可从所得的循环伏安法图的氧化波和还原波的峰高和对称性中来判断电活性物质在电极表面反应的可逆程度。
如黄可龙等采用循环伏安法对4LiFePO 在水溶液中的电化学行为进行了研究，结果表明，4LiFePO 在饱和3LiNO 溶液中具有良好的电化学可逆性；黄宝美等研究了大豆黄素在玻碳电极的电化学行为，表明大豆黄素的电极过程具有吸附性和不可逆性。
电分析化学循环伏安法
电分析化学循环伏安法电分析化学循环伏安法（cyclic voltammetry, CV）是一种常用的电化学测量方法，主要用于研究电催化反应、电极传感器和电化学反应机理等方面。
本文将对循环伏安法的原理、实验步骤和应用进行详细阐述。
一、原理循环伏安法是利用外加电压的正反向扫描，通过测量电流与电势之间的关系来研究溶液中的电化学反应。
在扫描过程中，电势以一个循环进行周期性变化，通常为从较负的起始电势线性扫描至较正的最大电势，然后再线性扫描回到起始电势。
电流与电势之间的关系可绘制出伏安图。
根据循环伏安曲线上出现的峰电流和峰电势，可以获取溶液中的电极反应的动力学和热力学信息。
峰电流的大小与反应速率成正比，而峰电势则反映了此反应的标准电势。
通过分析伏安图中的特征峰电流和峰电势，可以确定反应是否在电极表面发生，电化学反应的机理以及电极表面的反应活性等信息。
二、实验步骤1.准备实验样品和电化学池：将待测物溶解于合适的溶剂中，配制成一定浓度的电解液。
将工作电极（常用玻碳电极）、参比电极和计时电极放入电化学池中，确保其充分浸泡于电解液中。
2.建立电位扫描程序：选择适当的起始电位、终止电位和扫描速率。
起始电位为一般为较负值，终止电位为较正值。
扫描速率根据实验需求选择，通常为3-100mV/s。
3.进行循环伏安实验：在实验过程中，通常需要稳定电极电势一段时间，直到电流达到平衡。
然后开始正向扫描，直至到达终止电位。
接着进行反向扫描，回到起始电位。
整个循环过程称为一个循环。
4.记录电流-电势数据：记录正反向扫描过程中的电流与电势数据，通常以图形的形式记录，即伏安图。
按照实验需要的精度和时间，可以选择多次重复扫描，以提高实验结果的准确性。
三、应用1.电催化反应研究：循环伏安法可用于研究电催化剂的活性和稳定性，提供电催化反应的动力学和热力学参数。
通过优化电催化剂的结构和组成，可以提高电极催化剂的效能。
2.电极材料评估：通过对循环伏安曲线的分析，可以确定电极材料的氧化还原能力和稳定性。
循环伏安法原理及结果分析知识分享
循环伏安法原理及应用小结1 电化学原理1.1 电解池电解池是将电能转化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的循环伏安扫描图图2所示CV扫描结果为研究电极上产生的电流随电位变化情况图。
1）横坐标Potential applied（电位）为图1中电压表所测，即Potential applied=P(WE)-P(RE)所有的电位数值都是相对于氢离子的电位值，规定在标准情况下，氢离子的电位为0。
当恒电位仪向工作电极提供负的电位时，其电源连接情况如图1所示，即工作电极与电源的负极相连，作为阴极工作发生还原反应；反之则作为阳极发生氧化反应。
循环伏安技术的原理及应用---电化学基础
循环伏安技术摘要：简单介绍了电化学测试的一些基本知识，并重点介绍了一种最常见、最重要的电化学测试技术-循环伏安技术。
分别从循环伏安技术的发展、原理及应用方面对其进行了介绍。
关键词：电化学测试，循环伏安，原理，应用1 电化学测试的基本知识电极电势、通过电极的电流是表征复杂的微观电极过程特点的宏观物理量。
电化学测量的主要任务是通过测量包含电极过程各种动力学信息的电势、电流两个物理量，研究它们在各种极化信号激励下的变化关系，从而研究电极过程的各个基本过程。
基于电化学的测量规律、按照对应出现的时间顺序，电化学测量大致可以分为三类。
第一类是电化学热力学性质的测量方法，基于Nernst方程、电势-pH图、法拉第定律等热力学规律；第二类是依靠单纯电极电势、极化电流的控制和测量进行的动力学性质的测量方法，研究电极过程的反应机理，测定过程的动力学参数；第三类是在电极电势、极化电流的控制和测量的同时，结合光谱波谱技术、扫描探针显微技术，引入光学信号等其他参量的测量，研究体系电化学性质的测量方法。
在电化学反应过程中，电极中包括四个基本过程：1）电荷传递过程（charge transfer process）：电化学步骤。
2）扩散传质过程（diffusion process）：主要是指反应物和产物在电极界面静止液层中的扩散过程。
3）电极界面双电层的充电过程（charging process of electric double layer）：非法拉第过程。
4）电荷迁移过程（migration process）：主要是溶液中离子的电迁移过程，也称为离子导电过程。
另外，还可能有电极表面的吸脱附过程、电结晶过程、伴随电化学反应的均相化学反应过程。
因此，要进行电化学测量，研究某一个基本过程，就必须控制实验条件，突出主要矛盾，使该过程在电极总过程中占据主导地位，降低或消除其它基本过程的影响，通过研究总的电极过程研究这一基本过程，这就是电化学测量的基本原则。
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。
第5章 循环伏安法原理及应用.
利用Laplace变换，可将在原函数域较复杂的数学问题转换到能用较简单 的数学方法处理的象函数域进行运算，这与将乘法问题转换为对数法求解 类似。将乘法运算域向其映像—对数域进行转换（映射），而在对数域， 原来的乘法运算就变为更简单的加法运算，再将运算结果逆变换到乘法域。 与之类似，偏微分方程经Laplace变换后变为Laplace域的常微分方程，然 后就可以用通常方法求解或继续使用变换技术求解，求解后再逆变换到原 函数域即可。常微分方程经Laplace变换后变为更简单的代数方程。这种 方法非常方便，但仅限用于线性微分方程。
返回
可逆体系的循环伏安图
逆向扫描时峰电流的确定
可逆体系线性电势扫描伏安曲线和循环伏安曲线特征总结如下：
• Ip v1/2 • Ep与v无关 • Ep Ep/2= 56.6/n mV （298 K） 对于循环伏安曲线：
• Ep,a Ep,c= 59/n mV (EEp,c or EEp,a) • Ip,a /Ip,c=1
始电势，v为电势扫描速率，为电势扫描换向时的时间t值。
上述微分方程的解可采用拉普拉斯变换（Laplace transform）方法得到。
若有一t的函数F(t)，另有一函数 e s t ，它既是t的函数，又是参量s的函数， 则函数F(t)对t的Laplace变换用符号L{F(t)}、f (s)或F (s)表示，定义为
若经过还原峰后，扫描换向，则循环伏安如图所示。若换向电势 E比Ep,c负35/n mV以上，则
此处，若EEp,c，则x = 0 （若Ep,cE= 80/n mV，则 x = 0.003 V）。在此情况下：
循环伏安法原理及结果分析
循环伏安法原理及结果分析循环伏安法（Cyclic Voltammetry，简称CV）是一种常用的电化学测试技术，广泛应用于材料科学、电化学、生物分析等领域。
本文将介绍循环伏安法的原理和结果分析。
一、循环伏安法原理循环伏安法通过在电化学系统中施加恒定电压，测量电流随时间的变化，从而获得电化学反应的动力学信息。
其原理基于伏安定律和法拉第定律。
伏安定律（Ohm's Law）描述了电压、电流和电阻之间的关系，即U = I * R。
根据伏安定律，当施加在电化学系统上的电势变化时，电化学反应导致的电流也会发生变化。
法拉第定律则是描述了电化学反应电流与反应物浓度之间的关系。
根据法拉第定律，当电化学反应进行时，电流的大小与反应物浓度成正比。
循环伏安法通过循环扫描电位来实现对电化学反应的观测。
其步骤包括：首先，以一定速率从初始电位变化至最大电位；然后，以相同的速率从最大电位回到初始电位；最后，以相同速率在这两个电位间进行循环。
在不同电位下测量的电流值可以描绘出循环伏安曲线。
二、循环伏安法结果分析1. 循环伏安曲线形状分析根据循环伏安曲线的形状，可以判断电化学反应的类型和反应程度。
典型的循环伏安曲线形状包括正向扫描、逆向扫描和氧化还原峰。
正向扫描对应于电化学氧化反应，逆向扫描对应于电化学还原反应。
氧化还原峰则是反应物被氧化和还原的过程。
2. 峰电位和峰电流分析峰电位是循环伏安曲线中峰值所对应的电位值，峰电流则是在峰电位处发生的电流峰值。
通过分析峰电位和峰电流的数值可以获得反应的动力学参数，如扩散系数、转变速率等。
峰电位的大小可以反映反应的可逆性，大于理论值时表明反应不可逆。
3. 转变速率常数和电荷转移系数分析转变速率常数（k0）与电极表面反应物的扩散速率和电荷传输速率密切相关，体现了反应过程的快慢。
电荷转移系数（α）则表示电化学反应中电荷转移的效率。
通过计算这两个参数，可以了解反应的速率控制步骤以及反应机理。
- 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)。
循环伏安法及应用
电池反应实际上是一个氧化还原
反应。
反应粒子在电极表面上进
行的氧化（失去电子)反应叫阳
极反应；相应的还原(获得电子)
反应叫阴极反应。
电极电位可表示氧化还原反应的
难易程度。
由左图可知，电极反应速度一般
由以下几个因素来控制：
（1）物质传递；
（2）吸附与脱附过程；
（3）电子传递过程
电极表面电化学反应示意图
电荷移动速度k和物质传输速度m对电流电位曲线的影响
反应慢，具有足够的传输能力
为了使反应加速必须加电压
反应快，受到传输能力限制
为了增加传输能力必须增加反应物浓
度或进行搅拌
循环伏安法
三角波电位进行扫描，所获得的电流响应与电位信号的关系，称为循环伏安扫描曲线。
开始扫描，工作电极电位电位不断变负，物质在负极还原；反向扫描时，物质在电极发生氧化反应。
因此，在一个三角波扫描中可完成个还原氧化过程的循环。
原理：在电极上施加一个线性扫
描电压，以恒定的变化速度扫描，
当达到某设定的终止电位时，再
反向回归至某一设定的起始电位，
循环伏安法电位与时间的关系
（见图）
循环伏安法
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
体系标准平衡电势正得多的起始电
势φ
处开始势作正向电扫描，电流响
i
应曲线则如右图所示。
当电极电势逐渐负移到φ0
附近时，O开始在电极上还原，并有法拉第电流通过。
平
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
，然后电流逐渐下流就增加。
当O的表面浓度下降到近于零，电流也增加到最大值I
pc
降。
当电势达到φ
后，又改为反向扫描。
r
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
时，表面上的电化学平衡应当向着越来越有利于生成O的方向发展。
于是R开过φ0
平
，随后又由于R的显著消耗而引起电流衰始被氧化，并且电流增大到峰值氧化电流I
pa
降。
整个曲线称为“循环伏安曲线”。
循环伏安法的特征
1、I
pc 与反应物O的本体浓度成正比，
与扫描速率v的平方根（即v1/2）成正比。
2、|I
pc |=|I
pa
|，即|I
pc
/I
pa
|=1，并与扫描
速度v无关。
3、∆φ
p =59/n（mV）
φpc、φpa与扫描速度v无关，为一定值。
其中（2）与（3）是扩散传质步骤控制的可逆体系循环伏安曲线的重要特征，是检测可逆电极反应的最有用的判据。
1、研究多电子分步转移的电极过程
设电极反应为如下的连续反应：
φ10和φ20为两个电子交换步骤的标准电势。
在这种情
况下，阴极反应包括有A ，B 两种物质的还原，阳极反应
包括反应最终产物C 和中间产物B 两种物质的氧化。
若两
个电荷传递步骤都属可逆，则电势扫描曲线的形状可能
出现四种情况：
①φ10-φ20为正值且足够大，可以得到两个完全分开的波，
前后两对波分别相应于前后两个电子交换步骤（图a ）；
②如果φ10-φ20为较小的正值，则两个波将发生部分重叠，
得到畸形的波（图b ）；
③若φ10≈φ20，则只出现一个波，但其波峰的高度介于1
个电子传递与两个电子传递反应的峰值电流之间（当
n 1=n 2=1时）；
④如果φ10-φ20为负值，则仅出现一个相当于两电子传递
过程的波（图d ）。
二、研究涉及电活性表面吸附态的电极过程
当电极反应的反应物或产物可以在电极表面吸附时，CV曲线具有一些新的特点。
可能出现如下图所示的几种情况。
当反应物发生弱吸附时，会得到一个简单的波，
只是阴极峰的高度明显增加。
此时阴极峰电流由电
极上吸附反应物的还原和溶液中反应物扩散到电极
表面还原两部分组成，因此比单纯扩散过程的峰电
流要高一些。
随扫描速度的增加，扩散电流在总还原电流中
所占的比重逐渐减少。
在扫描速度足够高的情况下，
吸附反应物引起的还原电流变为总电流中的主要成
分，峰电流不再与v1/2成正比，而是与v成正比。
反
之，当扫描速度足够慢，由于吸附反应物很快被消
耗，还原电流主要由溶液中的扩散过程所提供，因
与v1/2成正比。
而电流具有纯扩散电流的性质，即I
p
当反应物在电极上吸附时氧化电流峰基本不变。
与此类似，产物弱吸附能使氧化峰电流增大，
但基本上不影响还原峰。
在发生强吸附的情况下，无论是反应物或是产物的强吸附，都在扫描曲线上出现第二个峰。
当反应物强吸附时，在电势较主峰更负处出现一个附加的电流峰，它相当于吸附物的还原。
而在阳极波上，除对应于扩散电流峰出现一个阳极峰之外，对应于吸附峰也出现一个阳极峰，后者是还原产物R被重新氧化为吸附态O而产生的。
当反应产物强吸附时，在比扩散电流峰电势更正的电势区产生一对附加的吸附电流峰。
三、对于未知电化学体系的探索研究
利用循环伏安扫描法能在短时间内方便地观察到反应体系在宽广电势范围内的电化学行为。
下面以一个实例加以说明。
如图所示，是Pt-H
2SO
4
体系的循环
伏安图。
以铂电极电解硫酸水溶液，会发生如下化学反应：
循环伏安应用
• ǀ、II为氢原子的吸附电流峰，I'、II'为吸附氢的氧化电流峰，相对于反应Pt+H++e-=PtH；其中I、I'为弱吸附峰，II、II'为强吸附峰。
无论是弱吸附峰还是强吸附峰与其相应的脱附峰都很对称，说明氢吸脱附反应基本可逆。
• 在III（III'）区域中电流很小，表明没有发生电化学反应而仅有双电层的正负充电，相当于该体系的理想极化电极电势区。
• V和IV为氧在铂上的吸脱附引起的。
从这一对峰的形状和相对位置明显看出氧的吸脱附属高度不可逆过程。
• VI为氧析出反应引起的电流。