循環伏安法(常用的電化學研究方法)

循環伏安法(CyclicVoltammetry)是一種常用的電化學研究方法。該法控制電極電勢以不同的速率,隨時間以三角波形一次或多次反覆掃描,電勢範圍是使電極上能交替發生不同的還原和氧化反應,並記錄電流-電勢曲線。根據曲線形狀可以判斷電極反應的可逆程度,中間體、相界吸附或新相形成的可能性,以及偶聯化學反應的性質等。常用來測量電極反應參數,判斷其控制步驟和反應機理,並觀察整個電勢掃描範圍內可發生哪些反應,及其性質如何。對於一個新的電化學體系,首選的研究方法往往就是循環伏安法,可稱之為「電化學的譜圖」。該法除了使用汞電極外,還可以用鉑、金、玻璃碳、碳纖維微電極以及化學修飾電極等。循環伏安法可以改變電位以得到氧化還原電流方向。

應用

循環伏安法是一種很有用的電化學研究方法,可用於電極反應的性質、機理和電極過程動力學參數的研究。也可用於定量確定反應物濃度,電極表面吸附物的復蓋度,電極活性面積以及電極反應速率常數、交換電流密度,反應的傳遞係數等動力學參數。

(1)電極可逆性的判斷循環伏安法中電壓的掃描過程包括陰極與陽極兩個方向,因此從所得的循環伏安法圖的氧化波和還原波的峰高和對稱性中可判斷電活性物質在電極表面反應的可逆程度。若反應是可逆的,則曲線上下對稱,若反應不可逆,則曲線上下不對稱。

(2)電極反應機理的判斷循環伏安法還可研究電極吸附現象、電化學反應產物、電化學—化學耦聯反應等,對於有機物、金屬有機化合物及生物物質的氧化還原機理研究很有用。

用途

1、判斷電極表面微觀反應過程

2、判斷電極反應的可逆性

3、作為無機製備反應「摸條件」的手段

4、為有機合成「摸條件」

5、前置化學反應(CE)的循環伏安特徵

6、後置化學反應(EC)的循環伏安特徵

7、催化反應的循環伏安特徵

基本原理

如以等腰三角形的脈衝電壓加在工作電極上,得到的電流電壓曲線包括兩個分支,如果前半部分電位向陰極方向掃描,電活性物質在電極上還原,產生還原波,那麼後半部分電位向陽極方向掃描時,還原產物又會重新在電極上氧化,產生氧化波。因此一次三角波掃描,完成一個還原和氧化過程的循環,故該法稱為循環伏安法,其電流—電壓曲線稱為循環伏安圖。如果電活性物質可逆性差,則氧化波與還原波的高度就不同,對稱性也較差。循環伏安法中電壓掃描速度可從每秒鐘數毫伏到1伏。工作電極可用懸汞電極,或鉑、玻碳、石墨等固體電極。