線性電位掃描法測(cè)量交換電流密度

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試驗(yàn)9：線性電位掃描法測(cè)量交換電流密度

一、試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.理解交換電流密度的意義；

2.把握線性電位掃描法測(cè)量交換電流密度。

二、試驗(yàn)原理

設(shè)電極反應(yīng)為：

OeR+?

當(dāng)電極電位等于平衡電位時(shí)，電極上沒有凈反應(yīng)發(fā)生，即沒有宏觀的物質(zhì)變化和外電流通過，但是在微觀上仍有物質(zhì)交換。也就是說(shuō)，電極上的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)處于動(dòng)態(tài)平衡，即：

caii=

由于平衡電位下的還原反應(yīng)速度與氧化反應(yīng)速度相等，在電化學(xué)上用一個(gè)統(tǒng)一的符號(hào)io來(lái)表示這兩個(gè)反應(yīng)速度。這里io就叫作交換電流密度或簡(jiǎn)稱交換電流。它表示平衡電位下氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的絕對(duì)速度。也就是說(shuō)，io就是在平衡條件下，氧化態(tài)粒子和還原態(tài)粒子在電極/溶液界面的交換速度。所以，所以交換電流密度本身就表征了電極反應(yīng)在平衡態(tài)下的動(dòng)力學(xué)特征，它的大小與電極反應(yīng)的速率常數(shù)、電極材料和反應(yīng)物質(zhì)的濃度等因素有關(guān)。

在低過電位下，過電位η（V）與極化電流密度i(A)之間呈線性關(guān)系，即

o

RTinFiη=-可見，RT/nFio具有電阻的量綱，常被稱為電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct（或Rr）。它相當(dāng)于電荷在電極/溶液界面?zhèn)鬟f時(shí)單位面積上的等效電阻。當(dāng)η≤10mV時(shí)，擬合極化曲線中的線性部分，根據(jù)擬合直線的斜率可以求得Rct，再根據(jù)上述公式求得交換電流密度io(A/cm2）。

三、試驗(yàn)器材

CHI電化學(xué)工作站；鉑片電極；Hg/Hg2SO4參比電極；玻碳電極；三口電解池；mol/LVO2++mol/LVO2++3mol/LH2SO4溶液；程控水浴鍋

四、試驗(yàn)步驟

1.預(yù)處理電極，用去離子水沾濕玻碳電極后在砂紙上打磨至表面光亮，然后用去離子水沖洗清白后用濾紙擦干。打磨鉑電極至光亮，用濃鹽酸洗液浸泡后擦干.

2.開啟儀器和電腦，連接儀器和電極。記錄電極開路電位其值為，待開路電位穩(wěn)定后，選擇“線性電位掃描〞方法。電極電位為，從的電位開始掃描，終止電位是，掃描速率是s，自動(dòng)靈敏度；

4.待測(cè)量終止后，保存數(shù)據(jù)，將電解槽放入50oC水浴鍋中，重復(fù)步驟2（此時(shí)測(cè)得開路電位為）；

5.關(guān)閉電腦和儀器，清洗電極與電解槽。

五、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及分析

1.將在室溫柔50oC下的線性電位掃描曲線的線性部分分別進(jìn)行線性擬合，求出io值；

圖1.室溫下玻碳電極的線性電位掃描曲線

取點(diǎn)（,）,

求得圖1擬合曲線斜率倒數(shù)為

圖2.50oC下玻碳電極的線性電位掃描曲線（粗實(shí)線為擬合部分）

取點(diǎn)（，）（，）

求得斜率倒數(shù)為

由圖可知：

室溫時(shí)，Rct=Ω，即RT/nFio=Ω，所以io=cm2

50℃時(shí)，Rct=Ω，即RT/nFio=Ω，所以io=cm2

2.在同一張圖中作出η與i的極化曲線，并分別疊加它們線性部分?jǐn)M合曲線；

圖3.玻碳電極在常溫及50C條件下的線性電位掃描曲線

3.將試驗(yàn)八解析得到的Rct數(shù)據(jù)代入上文中η與i關(guān)系方程，求出室溫柔50oC下的io值，并列表比較兩種方法求到的不同溫度下的io值。

試驗(yàn)八數(shù)據(jù)處理：

常溫：Rct=Ω，io=cm2；

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