循環(huán)伏安法測試金屬在溶液中的電化學(xué)反應(yīng)的方法介紹

循環(huán)伏安法指控制研究的電勢以恒定的速度從初始電勢掃描到反向電勢，改變掃描方向，以相同的速度掃描回到初始電勢，電勢繼續(xù)反向，反復(fù)掃描，記錄下來的電流-電勢曲線稱為循環(huán)伏安線。
       
循環(huán)伏安法具有操作簡單、獲取信息較多、可進(jìn)行理論分析等特點(diǎn)，在電化學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。通過循環(huán)伏安曲線分析可以得到較多的信息，利用峰值電流進(jìn)行定量分析，可判斷電極過程的可逆性，對未知的電化學(xué)體系進(jìn)行電化學(xué)行為的探討。例如，可以通過陰、陽極峰值電勢差Δφ的絕對值及其隨著掃描速度v的變化對電極過程可逆性進(jìn)行判斷。
       
為了測量金屬在溶液中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的微變電流，可使用循環(huán)伏安法進(jìn)行測定。將化學(xué)阻抗分析儀SE1106中的恒電勢儀接入溶液中，Ag棒作為工作電極作為研究的對象，輔助電極為了是使工作電極上電流暢通，參比電極可以避免溶液本身帶來的極化影響，使用上位機(jī)設(shè)定一定周期的鋸齒波來獲取循環(huán)伏安線。
      
以銀絲在KOH溶液進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)測量循環(huán)伏安曲線為例，學(xué)習(xí)使用循環(huán)伏安法研究電極電化學(xué)行為。銀絲電極在7 mol·L-1KOH溶液中的循環(huán)伏安曲線如圖1所示，其中電極電勢為型對于同溶液中Hg/HgO電極的電勢，記為φ vs. Hg/HgO。
 

圖1.電極電勢φ vs. Hg/HgO/V

曲線前半段電流隨電壓緩慢是上升，出現(xiàn)了比較低且平緩的電流峰，這是表面金屬Ag氧化為Ag2O的陽極電流峰。當(dāng)電勢掃描至0.25V時(shí)，曲線繼而出現(xiàn)低而平緩的電流峰，由于Ag具有良好的導(dǎo)電性，反應(yīng)產(chǎn)生的Ag2O膜覆蓋了Ag表面上，導(dǎo)致電極導(dǎo)電性下降，阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行。當(dāng)電勢掃描至0.65V時(shí)，曲線出現(xiàn)了明顯的陽極電流峰， Ag2O反應(yīng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)化為電阻率極低的AgO，電阻極化迅速下降，極化電流迅速增大。當(dāng)電勢掃描至0.8V時(shí)，溶液中有氣泡逸出，OH-在電勢作用下產(chǎn)生O2，這時(shí)為O2析出的電流。
      
電勢從1V掃描至0.6V時(shí)，開始出現(xiàn)了陰極電流峰，這是AgO還原為Ag2O所至，由于Ag2O的電阻率遠(yuǎn)比AgO高，隨反應(yīng)進(jìn)行出現(xiàn)了較小的陰極電流峰。電勢掃描至0.2V時(shí)，出現(xiàn)了第二個(gè)陰極電流峰，這是Ag2O還原為Ag所至，此時(shí)極化較大，這與AgO導(dǎo)電性很差有關(guān)。電流峰的出現(xiàn)，是因?yàn)锳g2O逐漸轉(zhuǎn)化為導(dǎo)電性良好的Ag，迅速改善了電機(jī)的導(dǎo)電性，電流上升至很高的數(shù)值。
       
由此可見，通過循環(huán)伏安曲線可以看出電極上可進(jìn)行何種電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)可能以何種速度進(jìn)行，反應(yīng)具備什么特征，反應(yīng)可能受到哪些因素影響等，從而探討體系的電化學(xué)特性。
       
因此，在研究一個(gè)位置體系時(shí)，常常首先采用循環(huán)伏安法進(jìn)行定性的分析。