电化学工作站的原理与应用ppt课件.ppt
《电化学工作站的原理与应用ppt课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电化学工作站的原理与应用ppt课件.ppt(79页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、电电化化学学工作站的原理工作站的原理与应与应用用Contents1. 电电化化学学工作站的基本工作站的基本概概述述2.电电化化学测试学测试方法方法3. 电电化化学学工作站的原理工作站的原理4. 电电化化学学工作站的具体工作站的具体应应用用1.二电极电化学池Eappl-0.64V,无电流Eappl=-0.84V,有电流额外的0.2V包括两部分:过电势和溶液的电阻导致的电势降(iR,欧姆降)欧姆降足够小(1-2mV)可以采用二电极* 给定的电势只有一部分作用到电极上2.三电极电化学池l 工作电极(WE)l 参比电极(RE)l 对或辅助电极(counter or auxiliary electrod
2、e, CE)Luggin capillaryv加入的电极叫做参比电极,它的作用是为了测量加入的电极叫做参比电极,它的作用是为了测量进行这些反应的电极电位的一个基准电极。进行这些反应的电极电位的一个基准电极。v被测定的电极叫做工作电极,与工作电极相对的被测定的电极叫做工作电极,与工作电极相对的电极叫做辅助电极。电极叫做辅助电极。v在三电极法中为了能够在测定研究电极和参比电在三电极法中为了能够在测定研究电极和参比电极之间电压同时,极之间电压同时,又能任意调节研究电极的电位又能任意调节研究电极的电位,最理想的设备为具有自动调节功能的恒电位仪。最理想的设备为具有自动调节功能的恒电位仪。对(辅助)电极u
3、 作用传导电流u 要求(1)良好的电子导体 (2)研究电势范围内是惰性 (3)面积大于工作电极 (4)形状与工作电极吻合 (5)放置在与工作电极对称的位置 u 常用镀Pt黑的Pt或Ni等,玻炭、石墨等工作电极l 液体电极 Hg电极l 固体电极 惰性电极(Pt、Au、C)和氧化还原 电极(Cu、Pb、Mg等)电极材料的选择:背景电流小、电势窗口宽、导电性好、 稳定性高、重现性好、表面活性及表面 吸附性能等。常用的液体Hg电极有:(1)滴汞电极(dropping mercury electrode ,DME)(2)静态滴汞电极( static mercury drop electrode, SMD
4、E)(3)悬汞电极(hanging mercury drop electrode ,HMDE),金属电极 Pt、Au、Ag等。 导电性好、背景电流可以忽略、表面改性方便、制备简单;但表面不均一,真实面积不宜控制、易吸附污染物被污染(杂质影响敏感)、表面可能腐蚀或钝化。 固体电极 金属电极和炭电极判断分析:判断分析:是实验结果的是实验结果的分析和解释。分析和解释。响应信号:响应信号:是实验结果是实验结果扰动信号:扰动信号:是测量条件是测量条件的选择与控的选择与控制。制。 学习电化学测量的基本方法如下:三电极与两回路三电极与两回路实测图三电极与两回路三电极与两回路原理图研究研究电极电极WE三电三电
5、极极辅助辅助电极电极CE参比参比电极电极RE三电极三电极组成组成由:控制与测量电位的仪器、WE、RE、盐桥等组成。 测量回路(并联电路)测量回路(并联电路)由:极化电源、WE、CE、可变电阻以及电流表等组成。 极化回路(串联电路)极化回路(串联电路)实现控制或测量极实现控制或测量极化的变化化的变化测量测量WE通电时的变化情况通电时的变化情况功能功能目的目的调节或控制流经调节或控制流经WE的电流的电流实现极化电流的变化与测量实现极化电流的变化与测量两回路两回路1. 可以同时测量极化电流和极化电位;可以同时测量极化电流和极化电位; 2. 三电极两回路具有足够的测量精度。三电极两回路具有足够的测量精
6、度。 三电极的优点三电极的优点1.被测体系被测体系 研究电极所处的溶液体系研究电极所处的溶液体系。 2.测量体系测量体系 参比电极所处的溶液体系。参比电极所处的溶液体系。两类溶液体系两类溶液体系1.2.1 电解池容器电解池容器 是装电解质溶液、是装电解质溶液、WE、CE所用,是一种容器,要求稳所用,是一种容器,要求稳定性好,不溶出杂质,不与电极物质、电解液发生反应,大定性好,不溶出杂质,不与电极物质、电解液发生反应,大部分无机电解质是玻璃的,强碱电解液例外,部分无机电解质是玻璃的,强碱电解液例外,具体要求如下具体要求如下: 化学稳定性高;化学稳定性高; 体积适中体积适中 太小:研究体系浓度变化
7、;太大:浪费太小:研究体系浓度变化;太大:浪费 浓度变化:浓度变化: ,可见,可见c与与J0有关有关。三电极体系中各组成部分的作用和要求三电极体系中各组成部分的作用和要求0JnFkc 鲁金鲁金Luggin毛细管距离毛细管距离; 太近:电位测不准;太远:较大的欧姆压降;太近:电位测不准;太远:较大的欧姆压降;距离距离(管直径管直径) ,这是半定性半定量关系;,这是半定性半定量关系; 鲁金:是苏联电化学创始人鲁金:是苏联电化学创始人“A.H.弗鲁姆金弗鲁姆金”院士的人名,为了纪念他院士的人名,为了纪念他发明的装置,他是经典电化学的奠基人。发明的装置,他是经典电化学的奠基人。 气体电极:要注意气体的
8、入口和出口气体电极:要注意气体的入口和出口 例如:燃料电池的氢电极、氧电极。例如:燃料电池的氢电极、氧电极。 三电极体系中各组成部分的作用和要求三电极体系中各组成部分的作用和要求0.1 0.3ldmm 辅助电极的位置、大小及形状辅助电极的位置、大小及形状; 位置:与位置:与WE平行放置;平行放置; 大小:大小:SCE5SWE。 三电极体系中各组成部分的作用和要求三电极体系中各组成部分的作用和要求研研界参-=-+IR形状:例如天津第一电镀厂,要镀形状:例如天津第一电镀厂,要镀12 t的轴(直径的轴(直径1.2 m,长,长:12 m),怎么做呢?),怎么做呢? 就在地下挖个大坑,把轴吊在坑里并转动
9、,转动的目的是减小浓差极就在地下挖个大坑,把轴吊在坑里并转动,转动的目的是减小浓差极化,四周为辅助电极,如下图所示:化,四周为辅助电极,如下图所示: 恒电位测量中,电解池的内阻要小。恒电位测量中,电解池的内阻要小。 三电极体系中各组成部分的作用和要求三电极体系中各组成部分的作用和要求 作用:比较。作用:比较。 本身电位的稳定。本身电位的稳定。应具备的条件应具备的条件 可逆电极(浓度不变,电位不变)可逆电极(浓度不变,电位不变); 这是热力学说法,符合这是热力学说法,符合Nernst方程。方程。 参比电极是不极化电极(参比电极是不极化电极(i0););实际上实际上i0不可能不可能,所以需要控制流
10、经,所以需要控制流经RE的电流非常小,即:的电流非常小,即:I测测10-7 A/cm2。参比电极参比电极应具备的条件应具备的条件 良好的稳定性良好的稳定性(化学稳定性好、温度系数小化学稳定性好、温度系数小); 具有良好的恢复特性;具有良好的恢复特性; 恒电位测量中,要求低内阻,从而实现响应速恒电位测量中,要求低内阻,从而实现响应速度快。度快。参比电极参比电极常见的参比电极常见的参比电极甘汞电极甘汞电极; Hg|Hg2Cl2|Cl- 由于由于Hg+Hg2+ (亚汞不稳定,高温时易变成(亚汞不稳定,高温时易变成Hg2+,受温度影响大。,受温度影响大。70,另外,另外,Cl-要饱和,防止要饱和,防止
11、 发生变化发生变化)。参比电极参比电极22Hg Cl2e2Hg2ClClaFRTln0Cla常见的参比电极常见的参比电极 汞汞-硫酸亚汞电极硫酸亚汞电极; Hg|Hg2SO4|SO42- 亚汞不稳定,高温时易变成亚汞不稳定,高温时易变成Hg2+,受温度影响大。防止,受温度影响大。防止Hg2SO4水解,应选水解,应选高浓度的高浓度的SO42-,40。参比电极参比电极2244Hg SO2e2HgSO24ln20SOaFRT常见的参比电极常见的参比电极 汞汞-氧化汞电极氧化汞电极; Hg|HgO|OH- Hg2+,比较稳定,但具有较强的氧化性,应防止还原性物质对,比较稳定,但具有较强的氧化性,应防止
12、还原性物质对Hg2+的影响的影响。参比电极参比电极2HgOH O2eHg2OHOHaFRTln0常见的参比电极常见的参比电极 银银-氯化银电极氯化银电极; Ag|AgCl|Cl- 络合离子络合离子Ag2Cl2 不稳定不稳定 Ag+Ag2+ (光敏性强光敏性强)Cl-、Br-和和I-中,中,Cl-溶解度最大,所以:溶解度最大,所以: (控制(控制Cl-纯度)的影响纯度)的影响。参比电极参比电极AgCl eAg ClClaFRTln0 ClIAgBrIBrAgCl1.2.2.2 常见的参比电极常见的参比电极 工业用参比电极:工业用参比电极:Cd、Pt、Au、C、Li; Cd|Cd(OH)2|OH-
13、 Cd|CdSO4|SO42- 1.2.2.3 参比电极的选择参比电极的选择 测量体系(参)与被测体系(研)具备相同的阴离子(浓度相近),测量体系(参)与被测体系(研)具备相同的阴离子(浓度相近),则不要盐桥,如没有相同的阴离子,则需要盐桥,常用的是以下三种阴离则不要盐桥,如没有相同的阴离子,则需要盐桥,常用的是以下三种阴离子电极(酸、盐、碱)子电极(酸、盐、碱)SO42-:Hg|Hg2SO4|SO42-Cl-:Hg|Hg2Cl2|Cl- 或或 Ag|AgCl|Cl-OH-:Hg|HgO|OH-参比电极参比电极 测量与被测体系组成或浓度不同时用盐桥。测量与被测体系组成或浓度不同时用盐桥。作用作
14、用 消除或减小液接电位;消除或减小液接电位; 消除测量体系与被测体系的污染。消除测量体系与被测体系的污染。要求(盐桥制备的注意事项)要求(盐桥制备的注意事项) 内阻小,合理选择桥内电解质溶液的浓度;内阻小,合理选择桥内电解质溶液的浓度; 盐桥内电解液阴阳离子当量电导尽可能相近,扩散系数相当(常用:盐桥内电解液阴阳离子当量电导尽可能相近,扩散系数相当(常用: KCl、NH4NO3),以消除液接电位;),以消除液接电位; 盐桥内溶液不能和测量、被测量体系发生相互作用;盐桥内溶液不能和测量、被测量体系发生相互作用; 固定盐桥防止液体流动固定盐桥防止液体流动 采用采用4%的琼脂溶液固定。的琼脂溶液固定
15、。盐桥盐桥研究电极研究电极滴滴Hg电极的优点电极的优点 汞滴表面积可准确测量,汞滴表面积可准确测量, /cm2,m为滴汞流速为滴汞流速(mg/s),t为时间为时间(s) 实验结果重现性好实验结果重现性好(汞滴连续汞滴连续) 电化学稳定性高电化学稳定性高 (+0.6-1.6 V) 表面均一性高,光滑,光洁,汞滴可重现表面均一性高,光滑,光洁,汞滴可重现2 3 2 30.00852Smt 被测体系的浓度有一定的限制被测体系的浓度有一定的限制 ,若,若0.1 M,汞滴不宜滴落;,汞滴不宜滴落; 合适的浓度范围是:合适的浓度范围是:0.01C0.1 M 电位区间小,实际测量有限电位区间小,实际测量有限
16、 电位范围:电位范围:+0.6-1.6 V Hg电极表面行为与其它电极表面有差距电极表面行为与其它电极表面有差距滴滴Hg电极的缺点电极的缺点1.2.5.1 辅助电极的作用辅助电极的作用象形对电极,实现象形对电极,实现WE导电并使导电并使WE电力线分布均匀。电力线分布均匀。1.2.5.2 辅助电极的要求辅助电极的要求应使辅助电极面积增大;应使辅助电极面积增大; 为使参比电极等势面,应使辅助电极面积增大,以保证满足研究电极表面电位为使参比电极等势面,应使辅助电极面积增大,以保证满足研究电极表面电位分布均匀,如是平板电极:分布均匀,如是平板电极: ;辅助电极形状应与研究电极相同,以实现均匀电场作用。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电化学 工作站 原理 应用 ppt 课件
限制150内