循環(huán)伏安法指控制研究的電勢(shì)以恒定的速度從初始電勢(shì)掃描到反向電勢(shì),改變掃描方向,以相同的速度掃描回到初始電勢(shì),電勢(shì)繼續(xù)反向,反復(fù)掃描,記錄下來(lái)的電流-電勢(shì)曲線稱為循環(huán)伏安線。
循環(huán)伏安法具有操作簡(jiǎn)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(guò)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(guò)程的可逆性,對(duì)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(guò)陰、陽(yáng)極峰值電勢(shì)差Δφ的絕對(duì)值及其隨著掃描速度v的變化對(duì)電極過(guò)程可逆性進(jìn)行判斷。
為了測(cè)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(cè)定。將化學(xué)阻抗分析儀SE1106中的恒電勢(shì)儀接入溶液中,Ag棒作為工作電極作為研究的對(duì)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(lái)的極化影響,使用上位機(jī)設(shè)定一定周期的鋸齒波來(lái)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(cè)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(shì)為型對(duì)于同溶液中Hg/HgO電極的電勢(shì),記為φ vs. Hg/HgO。
圖1.電極電勢(shì)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(yáng)極電流峰。當(dāng)電勢(shì)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(shì)掃描至0.65V時(shí),曲線出現(xiàn)了明顯的陽(yáng)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(shì)掃描至0.8V時(shí),溶液中有氣泡逸出,OH-在電勢(shì)作用下產(chǎn)生O2,這時(shí)為O2析出的電流。
電勢(shì)從1V掃描至0.6V時(shí),開(kāi)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(shì)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(jiàn),通過(guò)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。