教案 循环伏安法测定材料的电化学及光电性能
循环伏安法测定电极反应参数-教案设计

循环伏安法测定电极反应参数-教案设计1 / 10实验项目 循环伏安法测定电极反应参数一、 实验目的(1)了解循环伏安法的基本原理和特点;(2)掌握循环伏安法测定电极反应参数的基本原理及方法; (3)学习固体电极表面的处理技术;(4)掌握CHI660E 电化学工作站的使用。
二、 实验原理在电化学分析方法中,凡是以测量电解过程中所得电流-电位(电压)曲线进行测定的方法称为伏安分析法。
按施加激励信号的方式、波形及种类的不同,伏安法又分为多种技术, 循环伏安法就是其中之一,而且是一种重要的伏安分析方法。
先看线性扫描伏安法,若向工作电极和对电极上施加一随时间线性变化的直流电压(图1),记录电流-电压曲线(图2)进行分析,就叫线性扫描伏安法。
图1 线性扫描伏安法中所施加的电压-时间曲线 图2线性扫描伏安法中所记录的电流-电压曲线循环伏安法就是将线性扫描电位扫到某电位E m 后,再回扫至原来的起始电位值E i ,电 位与时间的关系如图3所示。
电压扫描速度可从每秒毫伏到伏量级。
所用的指示电极有悬汞电极、铂电极、金电极或玻璃碳电极等。
图3 循环伏安法中所施加的电压-时间曲线 图4循环伏安法中所记录的电流-电压曲线Cathode 阴极 Anode 阳极当溶液中存在氧化态物质O 时,它在电极上可逆地还原生成还原态物质R , O + ne → R当电位方向逆转时,在电极表面生成的R 则被可逆地氧化为O,R → O + ne一个三角波扫描,可以完成还原与氧化两个过程,记录出如图4所示的循环伏安曲线。
循环伏安法一般不用于定量分析,主要用于研究电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数等。
在循环伏安法中,阳极峰电流i P a 、阴极峰电流i P c 、阳极峰电位E pa 、阴极峰电位E P c 是最重要的参数,对可逆电极过程来说,循环伏安图如图5A 所示,有如下关系:(1)1i i ≈papc(与扫描速度无关) (2) 正向扫描的峰电流i p 为: 3/21/21/2i n AD c ν⨯5p=2.6910 (3)式中各参数的意义为:i p — 峰电流(安培); n — 电子转移数; A — 电极面积(cm 2)D — 扩散系数(cm 2/s ) ν—扫描速度(V /s ) c — 浓度(mol /L )从i p 的表达式看:i p 与ν1/2和c 都呈线性关系,对研究电极过程具有重要意义。
循环伏安实验报告

探究性化学实验循环伏安法快速评价碱性二次电池正极活性材料电化学性能研究报告参加学生:指导教师:化学实验教学中心2015年5月循环伏安法快速评价碱性二次电池正极活性材料电化学性能摘要:二次电池在生活中应用广泛,其内部当化学能转化为电能之后,还能用电能使化学体系修复,然后再次利用化学反应转化为电能,即充放电的循环过程。
而应用最多的就是碱性二次电电池,主要包括:锌锰电池、镍铬电池、镍氢电池等。
本实验通过较简单的方法进行了对常见碱性电池的正极材料的制备,主要对锌锰电池碱性二次电池、镍氢电池的正极的相关性质及掺杂进行了探究,并运用循环伏安法快速测定其电化学性能,对循环伏安图以及电量进行分析以评价电极性能。
关键词:碱性二次电池,镍氢,锌锰,循环伏安法引言在生活中,二次电池特别是碱性二次电池应用广泛,随着电子设备的普及,电池市场迅速扩大,从最初价格便宜、来源丰富的锌锰碱性电池到现在的碱性二次锌锰电池、镍氢电池、镍铬电池等,对电池性能要求也不断地提高。
近些年来,我国许多科研人员对该材料的制备进行了探究,已制得纳米氢氧化镍、球形氢氧化镍、β-氢氧化镍等多种结构形态的镍电极,而对其电化学性能研究也常用循环伏安法进行快速的测定。
而对二氧化锰作正极材料的电池而言,若二次碱性锌锰电池的开发成功,以每只Zn/MnO2电池充放100次计(放电深度为理论1电子容量的30%)。
就可大大提高单位电池的利用率.节约大量的锰矿资源.具有明显的社会和经济效益。
一般锌锰碱性电池在浅度放电时。
本身已具有一定的可充性。
但放电深度一高,则充放可逆性就会被迅速破坏。
为了提高深度放电时碱性溶液中MnO2电极的可逆性,国内外也有不少研究人员已进行了MnO2的掺杂研究。
而制备电极的方法也多种多样,常见的有固相合成、液相合成、热分解、电化学沉积等方法;电极材料掺杂的物质也分很多种,比如在碱锰电池中,常用的添加剂为Bi(III)和Pb,掺杂这些添加剂有利于Mn-O键的离子化,可以改善传质传荷条件,降低化学极化,通过共还原-共氧化过程抑制电化学惰性物质Mn3O4的生成和积累,避免二氧化锰的失活。
循环伏安法测定电极反应参数-教案设计

循环伏安法测定电极反应参数-教案设计1 / 10实验项目循环伏安法测定电极反应参数、实验目的1)了解循环伏安法的基本原理和特点;2)掌握循环伏安法测定电极反应参数的基本原理及方法;3)学习固体电极表面的处理技术;4)掌握CHI660E 电化学工作站的使用。
、实验原理在电化学分析方法中,凡是以测量电解过程中所得电流- 电位(电压)曲线进行测定的方法称为伏安分析法。
按施加激励信号的方式、波形及种类的不同,伏安法又分为多种技术,循环伏安法就是其中之一,而且是一种重要的伏安分析方法。
先看线性扫描伏安法,若向工作电极和对电极上施加一随时间线性变化的直流电压1), 记录电流- 电压曲线(图2)进行分析,就叫线性扫描伏安法。
循环伏安法就是将线性扫描电位扫到某电位E m 后,再回扫至原来的起始电位值E i,电位与时间的关系如图 3 所示。
电压扫描速度可从每秒毫伏到伏量级。
所用的指示电极有悬汞电极、铂电极、金电极或玻璃碳电极等。
当溶液中存在氧化态物质O 时,它在电极上可逆地还原生成还原态物质R,O + ne → R当电位方向逆转时,在电极表面生成的R 则被可逆地氧化为O,R → O + ne图 1 线性扫描伏安法中所施加的电压- 时间曲线图 2 线性扫描伏安法中所记录的电流- 电压曲线Cathode 阴极Anode 阳极图 3 循环伏安法中所施加的电压- 时间曲线图 4 循环伏安法中所记录的电流- 电压曲线一个三角波扫描,可以完成还原与氧化两个过程,记录出如图 4 所示的循环伏安曲线。
循环伏安法一般不用于定量分析,主要用于研究电极反应的性质、机理和电极过程动 力学参数等。
在循环伏安法中,阳极峰电流 i P a 、阴极峰电流 i P c 、阳极峰电位 E pa 、阴极峰电位 E P c 是 最重要的参数 , 对可逆电极过程来说,循环伏安图如图5A 所示,有如下关系:i pa1 (与扫描速度无关) i pci p 为:5 3/2 1/2 1/2i p =2.6910 n3/2 AD 1/2 1/2c式中各参数的意义为:i p — 峰电流(安培) ; n — 电子转移数;A — 电极面积( cm 2) D — 扩散系数( cm 2/s )—扫描速度( V/s ) c — 浓度( mol/L )1/2从 i p 的表达式看: i p 与 1/2和 c 都呈线性关系,对研究电极过程具有重要意义。
循环伏安法测定电极反应参数教案设计

循环伏安法测定电极反应参数-教案设计一、教学目标:1. 理解循环伏安法的原理及其在电化学分析中的应用。
2. 学会使用循环伏安法测定电极反应参数。
3. 能够分析循环伏安图,并解读实验结果。
二、教学内容:1. 循环伏安法的原理介绍。
2. 循环伏安法实验步骤及操作方法。
3. 循环伏安图的解析与实验结果分析。
三、教学准备:1. 实验室用具:循环伏安仪、电极、电解质溶液、导线等。
2. 教学材料:教案、PPT、实验指导书等。
四、教学过程:1. 导入:通过引入电化学分析法,引导学生了解循环伏安法在电化学分析中的应用。
2. 讲解循环伏安法的原理,包括法拉第电解定律、电极反应等基本概念。
3. 演示循环伏安法的实验步骤,并讲解操作方法。
4. 分组讨论:学生分组进行实验,观察并记录循环伏安图。
5. 解析循环伏安图,引导学生掌握图谱的解读方法。
6. 总结实验结果,分析电极反应参数。
五、教学评价:1. 学生能理解循环伏安法的原理及其应用。
2. 学生能熟练操作循环伏安仪,完成实验并记录数据。
3. 学生能分析循环伏安图,并正确解读实验结果。
4. 学生能运用所学知识,解决实际问题。
六、教学重点与难点:重点:1. 循环伏安法的原理及其在电化学分析中的应用。
2. 循环伏安法实验步骤及操作方法。
3. 循环伏安图的解析与实验结果分析。
难点:1. 循环伏安图的解析与实验结果分析。
2. 电极反应参数的确定与计算。
七、教学方法:1. 采用讲授法讲解循环伏安法的原理和实验操作方法。
2. 使用演示法展示实验过程,引导学生观察循环伏安图。
3. 分组讨论法:学生分组进行实验,交流讨论实验现象和结果。
4. 案例分析法:分析实际案例,帮助学生理解循环伏安法在实际应用中的重要性。
八、教学步骤:1. 循环伏安法的原理讲解:通过PPT展示循环伏安法的原理和相关概念。
2. 实验操作演示:演示循环伏安法的实验步骤,包括溶液准备、电极安装、仪器设置等。
3. 学生实验操作:学生分组进行实验,操作循环伏安仪,观察并记录循环伏安图。
循环伏安法测定维生素C的电化学行为

1.查阅有关文献,确定实验内容。
2.可以参考下面几点对实验进行设计:
(1)电极处理程度对测定数据的影响。
(2)不同缓冲溶液的影响。
(3)不同的pH影响。
(4)不同底液的影响。
(5)不同仪器测定状态的影响。
(6)不同电极的影响。
(7)不同果蔬中维生素C含量的测定。
数据处理
1.根据试验不同实验条件选择最佳实验条件,并绘制峰电流值对浓度的工作曲线。
实验15循环伏安法测定维生素C的电化学行为
(设计性实验)
实验目的
1.掌握循环伏安法的测定方法和原理。
2.了解维生素C的性质,研究维生素C在工作电极上的伏安行为。
实验原理
1.维生素C
维生素C又名抗坏血酸,是一种人体所必需的化学物质。它具有一定的还原性,可以用伏安法进行测定。
2.循环伏安法原理
循环伏安法是以快速线性扫描的形式施加三角波极化电压于工作电极上,如图2-15-1所示,从起始电压E1开始沿某一方向变化,到达终止电压Em后又反方向回到起始电压,呈等腰三角形。电压扫描速度从每秒数毫伏到1V甚至更大。工作电极可用悬汞滴、铂电极或玻璃石墨等静止电极。
当溶液中存在的氧化态物质O时,它在电极上可逆地还原生成还原态物质R;
当电位方向逆转时,在电极表面生成的R则被可逆地氧化为O:
所得极化曲线见图2-15-2.图的上半部分是还原波,成为阴极支;下半部分是氧化波,成为阳极支。氧化波的峰电极是由于扫描速度快,在电极表面附近的物质R的扩散层变厚所致,还原峰类似。用Epa、Epc分别表示氧化峰的峰电位和还原峰的峰电位,则
2.根据实验测定结果确定样品中维生素C的含量。
思考题Байду номын сангаас
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PPT课件
内容提要
实验原理 实验内容 仪器及其操作
3
一、实验原理 电化学分析法
电位分析法(E-c)
电分析 化学方法
伏安分析法(i-E) 电解和库仑分析法(Q-c) 电导分析法(R-c)
方法特点及应用
。。。。。。
根据溶液或 其它介质中 物质的电化 学性质及其 变化规律来 进行分析的
方法
4
一、实验原理
12
电化学电池(electrochemical cell)
定义:化学能与电能互相转变的装置。 分类:通常分为产生电能的原电池和消
耗外电源的电解池两类。 组成:电极、电解质溶液和电解池。
13
1. 电极
按用途分:
参比电极(reference electrode): 保持恒定参考电位
辅助电极(auxilary electrode): 提供电流
25
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人:XXXXXX 时 间:XX年XX月XX日
26
工作电极(working electrode): 确定被研究界面
14
参比电极
要 求: 具有稳定的电位和在实验期间实
质上不受极化。
常见种类:饱和甘汞电极(SCE)、Ag/AgCl
电 极、Hg/Hg2SO4电极
饱和甘汞电极
1——Hg 2——Hg2Cl2 3——饱和KCl溶液
15
辅助电极
要 求:不对测量到的数据产生任 何特征性的影响, 相对大的面积
常用电极:铂丝/网/片电极
16
工作电极的要求
不与溶剂或溶液组分进行化学反应 面积相对较小(<0.25 cm2) 表面最好平滑(确定几何特性和传质
循环伏安法测定电极反应参数教案设计
一、教案基本信息教案名称:循环伏安法测定电极反应参数-教案设计课时安排:2课时(90分钟)教学目标:1. 让学生了解循环伏安法的基本原理及应用。
2. 使学生掌握循环伏安法测定电极反应参数的方法。
3. 培养学生的实验操作能力和团队协作能力。
教学重点:1. 循环伏安法的基本原理。
2. 循环伏安法测定电极反应参数的操作步骤。
教学难点:1. 循环伏安法的实验操作。
2. 电极反应参数的解析与计算。
二、教学准备实验器材:1. 电化学工作站2. 铂电极、碳电极3. 参比电极4. 电解质溶液5. 导线、夹子等实验配件教学资源:1. 循环伏安法原理PPT讲解2. 实验操作视频3. 实验报告模板三、教学过程第一课时:一、导入(10分钟)1. 引导学生回顾电化学基本概念,如电极、电解质、电势等。
2. 提问:什么是循环伏安法?它有什么应用价值?二、理论讲解(15分钟)1. 讲解循环伏安法的基本原理。
2. 介绍循环伏安法在电极反应参数测定中的应用。
三、实验操作演示(20分钟)1. 演示如何使用电化学工作站进行循环伏安实验。
2. 讲解实验操作过程中的注意事项。
四、学生实验操作(25分钟)1. 学生分组进行实验,操作电化学工作站进行循环伏安实验。
2. 教师巡回指导,解答学生疑问。
第二课时:一、实验数据分析(10分钟)1. 学生展示实验数据,分析电极反应参数。
2. 教师点评学生实验数据,讲解电极反应参数的解析与计算方法。
二、总结与讨论(15分钟)1. 学生总结循环伏安法测定电极反应参数的实验技巧。
2. 教师引导学生探讨循环伏安法在实际应用中的局限性。
三、布置作业(5分钟)1. 让学生完成实验报告。
2. 布置课后习题,巩固循环伏安法相关知识。
四、课后反思(5分钟)1. 学生反思实验操作过程中的不足之处。
2. 教师总结本次课程的教学效果,并提出改进措施。
四、教学评价评价方式:实验操作、实验报告、课后习题评价内容:1. 学生实验操作的规范性、准确性。
循环伏安法测定维生素C的电化学行为
其峰电流与被测物质浓度c、扫描速率v等因素有关。
从循环伏安图可确定氧化峰峰电流ipa和还原峰峰电流ipc,氧化峰峰电位ψpa和还原峰电位ψpc。
对于可逆反应,氧化峰与还原峰电流比:
氧化峰与还原峰电位差:
由此可判断电极过程的可逆性。
3.三电极体系原理
研究电极反应时,电极的电位是一个很重要的的参数。两电极体系是难以测定电极电位的,所以一般采用三电极体系,如图2-15-3所示。工作电极:被测定的电极。辅助电极:与工作电极组成的一个让电流畅通的回路。参比电极:确定工作电极与参比电极的电位差。理想的参比电极需具备如下性质:(1)电极表面的电极反应必须是可逆的;(2)电极电位随时间的漂移小;(3)流过微小的电流时,电极电位能迅速恢复原状;(4)当温度发生变化时,一定的温度能相应有一定的电位。常用的参比电极:
2.根据实验测定结果确定样品中维生素C的含量。
思考题
1.为什么用三电极体系进行测定?三电极各起什么作用?
2.实验中怎样降低电极的影响?
注意事项
1.电极的处理,玻碳电极(GCE)在测定前用抛光粉抛光,超声洗净,然后用湿滤纸擦净,用水冲洗后即可使用。
2.可以通入氮气除氧。
当溶液中存在的氧化态物质O时,它在电极上可逆地还原生成还原态物质R;
当电位方向逆转时,在电极表面生成的R则被可逆地氧化为O:
所得极化曲线见图2-15-2.图的上半部分是还原波,成为阴极支;下半部分是氧化波,成为阳极支。氧化波的峰电极是由于扫描速度快,在电极表面附近的物质R的扩散层变厚所致,还原峰类似。用Epa、Epc分别表示氧化峰的峰电位和还原峰的峰电位,则
实验步骤
1.查阅有关文献,确定实验内容。
2.可以参考下面几点对实验进行设计:
循环伏安法测定二茂铁的电化学性能
n u mb e r d e t e r mi n e d i s 1 ,a n d t h e d i f f u s i o n c o e f f i c i e n t s o f f e r r o c e n e i o n( F c )a n d F c a r e 2 . 2 4× 1 0 c m / s a n d 4 . 3 4× 1 0。 c m。 / S ,i . e . t h e d i f f u s i o n v e l o c i t y o f F c i S f a s t e r t h a n F c . Th e s t a n d a r d r a t e c o n s t a n t t e s t e d i S 2 . 7 9 c m/ S .
二茂 铁是 一 个 典 型 的金 属 有 机化 合 物 _ _ 】 ] , 是 桔 黄色 针状 晶体 , 熔点为 1 7 3。 C, 沸点为 2 4 9℃, 1 0 0
℃以上升 华 , 可 以采 用 电解 法 用 金 属 铁 和 环 戊 二 烯 为原 料合 成 二茂 铁 ] 。二 茂 铁 是 一 种具 有 可 逆 氧
Ke y wo r ds: Fe r r oc e ne;El e c t r oc he mi c al r e a c t i o n;Cyc l i c Vo l t a mme t r y;Re d ox;Di f f u s i on c o e f f i c i e n t .
3 4巷
2 0 1 4 6 J
3 f 』 f j
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化
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大
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Байду номын сангаас
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功能材料专业综合实验II教案
实验1 循环伏安法测定材料的电化学及光电性能
一、实验目的
1、了解线性扫描伏安法和循环伏安法的特点和基本原理
2、掌握线性扫描伏安法的定量分析方法
3、了解循环伏安法在研究电极机理方面的应用
二、基本原理
1、线性扫描伏安法
线性扫描伏安法是在电极上施加一个线性变化的电压,即电极电位是随外加电压线性变化记录工作电极上的电解电流的方法。
记录的电流随电极电位变化的曲线称为线性扫描伏安图。
可逆电极反应的峰电流可由下式表示:
ip=0.4463nFADo1/2Co*(nFv/RT)1/2=5.99x105n3/2ADo1/2v1/2Co*
(1)
式中n为电子交换数,A为电极有效面积,Do为反应物的扩散系数,v为电位扫描速度,Co*为反应物(氧化态)的本体浓度。
也可以简化为(A不变时)ip=kv1/2Co* (2) 即峰电流与扫描速度的1/2次方成正比,与反应物的本体浓度成正比。
这就是线性扫描伏安法定量分析的依据。
对于可逆电极反应,峰电位与扫描速度无关,
Ep=E1/2±1.1RT/nF (3) 但当电极反应为不可逆时(准可逆或完全不可逆)。
Ep随扫描速度增大而负(正)移。
2、循环伏安法
循环伏安法的原理同线性扫描伏安法相同,只是比线性扫描伏安法多了一个回扫。
所以称为循环伏安法。
循环伏安法是将循环变化的电压施加于工作电极和参比电极之间,记录工作电极上得到的电流与施加电压的关系。
当对工作电极施加扫描电压时,将产生响应电流,以电流对电位作图,称为循环伏安图。
典型的循环伏安图如下:
从循环伏安图中可得到阳极峰电流(i pa)、阳极峰电位(E pa)、阴极峰电流(i pc)、阴极峰电位(E pc)等重要的参数,从而提供电活性物质电极反应过程的可逆性、化学反应历程、电极表面吸附等许多信息。
循环伏安法是电化学方法中最常用的实验技术。
循环伏安法有两个重要的实验参数,一是峰电位之比,二是峰电位之差。
对于可逆电极反应,峰电流之比iPc/iPa(阴极峰电流与阳极峰电流之比)的绝对值约等于1。
峰电流之差(ΔEp=|Epa--Epc|)约为59.6mV(25℃).
ΔEp=2.22 RT/nF (4)
三、仪器和试剂
1、电化学分析系统
2、三电极系统:Pt片为工作电极,Ag/AgCl电极(或饱和甘汞电极)为参比电
极,铂电极为对极。
3、1.0x10-3mol/L K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液(含0.1mol/L KCl)
四、实验步骤
1、选择仪器实验方法:电位扫描技术——循环伏安法。
2、电极的预处理:铂电极用金相砂纸将电极表面抛光,然后用蒸馏水清洗。
3、参数设置:
4、循环伏安法实验
5、以1.0x10-3mol/L K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液为实验溶液,改变扫描速度,
学习数据保存及数据处理。
五、思考题:
1) 将表1中的峰电流对扫描速度的1/2次方作图(ip—v1/2)得到一条直线,
说明什么问题?
2) 表2中的峰电流之比值几乎不随扫描速度的变化而变化,并且接近于1,为
什么?
3) 对照所附的参考文献,学习有机半导体聚合物材料能隙和能带参数的确定
方法。