循环伏安法的作用及用途分析

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描述

循环伏安法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。根据曲线形状可以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。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”。

循环伏安法使用三电极系统,即往待测溶液中通三个电极,分别是工作电极(指示电极)、参比电极和辅助电极。

电流

工作电极

常用工作电极有金或铂圆盘电极、玻璃碳电极、悬汞电极、汞膜电极等。所研究的氧化还原反应在工作电极表面发生。电极适用范围与电极材料本身与测试溶液的性质有关。

参比电极

参比电极拥有稳定的电势,而与待测溶液的物种浓度无关。这类电极通常为两种固相的电对,例如常用的银-氯化银电极(0.197V)和饱和甘汞电极(0.241V)。用于确定零电位的标准氢电极也是一种参比电极。在循环伏安法中,通过控制参比电极上零电流通过,由工作电极和参比电极间电势差测得工作电极电势。

辅助电极

辅助电极是用来完成电流回路的。循环伏安法中,电流在工作电极与辅助电极之间流过(方向取决于当前处于循环的氧化阶段或还原阶段)。参比电极上零电流通过是为了其电势绝对值的稳定,由此确保工作电极电势测量值的稳定。但氧化还原反应需要有电流回路,因此需要引入辅助电极。辅助电极通常拥有比工作电极大得多的表面积,例如铂丝电极。

用途:

1、判断电极表面微观反应过程

2、判断电极反应的可逆性

3、作为无机制备反应“摸条件”的手段

4、为有机合成“摸条件”

5、前置化学反应(CE)的循环伏安特征

6、后置化学反应(EC)的循环伏安特征

7、催化反应的循环伏安特征

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