24小時聯(lián)系電話:18217114652、13661815404
中文
行業(yè)資訊
確定循環(huán)伏安法中的起始電位
循環(huán)伏安法的發(fā)作電位是什么？
循環(huán)伏安法是一項重要的電化學(xué)實驗，與線性伏安法有關(guān)。標準電化學(xué)電池包含三個電極（工作電極，對電極和參比電極），盡管兩電極和四電極在不同的實驗中很常見。在三電極電池中，可以調(diào)節(jié)在參考電極和工作電極之間施加的電壓以定義零電壓，這使電池處于平衡狀態(tài)并抑制了任何電化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)工作電極和對電極（或工作電極和參比電極）之間的電壓發(fā)生變化時，您可以開始驅(qū)動電池的電化學(xué)反應(yīng)。
在這里，循環(huán)伏安法的啟動電位變得很重要。當(dāng)工作電極上的電壓開始增加時，電流開始少量增加。最終，一旦電壓超過某個閾值，工作電極上測得的電流就會大幅增加。該閾值電壓（在參考電極和工作電極之間測量）是循環(huán)伏安法中的起始電位。
該電勢表明何時施加的電勢克服了三電極電池中電化學(xué)反應(yīng)的活化能。換句話說，在該特定施加電壓下以更高的速率驅(qū)動電化學(xué)反應(yīng)。下圖顯示了循環(huán)伏安圖，其中電壓從左向右掃描。
上圖顯示了典型的循環(huán)伏安圖，其中電壓是來回掃描的。從電流隨著電壓增加而上升，可以確定循環(huán)伏安法中的起始電位。如下圖所示。在這里，我們可以將電流插值回零。切線與初始電流相交的點可以作為起始電位。
除了插值法外，還有一些其他方法可以根據(jù)伏安圖確定起始電位。發(fā)作電位還可以如下量化：
正向電流超過或改變一定量的點
電流曲線上的切線呈45度斜率的電壓
這兩種其他方法將對循環(huán)伏安法中的起始電位給出非常相似的估計。下面的第二種方法不太常見，因為它會低估由插值確定的起始電壓。
多個反應(yīng)峰
伏安圖中的每個峰對應(yīng)于系統(tǒng)中每個電極的還原或氧化電位。該正電流峰值是陰極電位，它告訴您何時完全還原了陰極（工作電極）上的物質(zhì)。在另一個方向上掃描，負電流峰為陽極電位，它告訴您陰極處的物質(zhì)何時被完全氧化。
當(dāng)掃描電壓升高到足夠高的水平時，您會發(fā)現(xiàn)電化學(xué)電池中的電流達到峰值，然后在超過特定電勢時又回落至零。在此峰值電勢下，對于擴散為主的電化學(xué)電池，擴散梯度主要決定了反應(yīng)速率，因此反應(yīng)速率降低了，因為擴散梯度不再向電極提供足夠的反應(yīng)物。隨著掃描的繼續(xù)，擴散梯度將隨著擴散層厚度的增加而減小。這對擴散主導(dǎo)的單元中的進一步電流形成了障礙。
某些循環(huán)伏安圖將包含多個峰，分別對應(yīng)于伏安法掃描過程中不同的反應(yīng)主導(dǎo)的動力學(xué)或副反應(yīng)。一些示例如下所示。注意，僅針對遇到的第一個峰充分定義了起始電位。第二個峰的起始電位的一個很好的類似物可能是一個拐點（下面以紅色顯示）
一旦確定了循環(huán)伏安掃描中的起始電位，并確定了其穩(wěn)定性，便會知道在系統(tǒng)中應(yīng)用該電位來驅(qū)動或抑制可逆的電化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)電化學(xué)系統(tǒng)如何利用這些不同的反應(yīng)，您需要設(shè)計一個帶有測量反饋的調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，以控制反應(yīng)動力學(xué)。具有PID控制回路的簡單反饋回路可輕松用于此類測量，并可在工業(yè)系統(tǒng)中常用的PLC中實現(xiàn)。