电化学工作站—循环伏安法应用的详解

一.实验目的

循环伏安法是电化学分析法中最广泛使用的分析技术，在溶液体系内对电极系统施加一个连续的电位函数，所产生的氧化反应的电子移动会产生对应电流，透过电位与电流的关系图得知被分析物与电极之间的电化学信息，并熟悉电化学讯号处理的技巧。

二.实验原理

循环伏安法施以三角波电位加在工作电极上，如图 1 方式，得到的电流电位曲线包括两个部分，其中一个半波电位向阴极方向扫描，使活性物质在电极上还原得到电子，产生还原波形，另一半波电位向阳极方向扫描时，电极上还原产物又失去电子发生氧化，产生氧化波形。

一次三角波扫描，即完成一个还原和氧化过程的循环，故称此法为循环伏安法。

2 到 3 的过程浓度极化，电流开始下降

4 到 5 的过程为 Fe2+开始被还原，负电流逐渐快速上升，当电流达到最大值称之为氧化波峰电流，用ipc表示

5 到 6 的过程浓度极化，电流开始下降。对于循环伏安法可逆波形，经 Randles–Sevcik equation 理论推导，ip与被测物质浓度之间的关系式如下:

式中ip为波峰电流、n 为半反应电子转移数、D 为扩散系数(cm²/s)、v 为电压扫描速度（v/s）、A 为电极的面积(cm²)、c为被测物质的浓度(mol/cm³)。

电化学分析需有一组电化学电极系统，在三极式系统中包含对电极、参比电极与工作电极，各电极的选择有着不同的作用。

对电极只负责传递电子形成回路不参与反应，通常会选择导电且稳定性高的材料。

参比电极提供一基准电位而不参与反应，因此并不会有电流通过，电位也不会有所改变，参比电极也有着不同的种类，不同类型的参比电极所给予的基准电位也有所不同。

工作电极为设定反应产生的区域，透过工作电极上所发生的氧化还原现象进行讯号分析。

以抛弃式三极式电极为例，如图 3，上方黑色部分为石墨对电极中间金色部分，右方银色部分为银/氯化银参比电极，中间金色部分为黄金工作电极。

三.实验材料

仪器：1、计算机*1 台；2、电化学工作站 VS1*1 套；3、三极式电化学电极 G3*3 片

溶液

1、5 mM K₃[Fe(CN)₆]/ K₄[Fe(CN)₆] wih 0.1 M KCl药水*1瓶

2、7.5 mM K₃[Fe(CN)₆]/ K₄[Fe(CN)₆] wih 0.1 M KCl药水*1瓶

3、10 mM K₃[Fe(CN)₆]/ K₄[Fe(CN)₆] wih 0.1 M KCl药水*1瓶

4、滴管*2支

四.实验步骤

01 将VS1机台与计算机联接。

02 打开VS1软件，在设定中命名CV-50mV/s -5mM，设定扫描参数，在此步骤扫描速率设定50mV/s。

03 将转接头插入工作站，再将G3电化学金电极插入转接头。

04 将5 mM K₃[Fe(CN)₆]/ K₄[Fe(CN)₆] wih 0.1 M KCl药水滴240ul至G3电化学金电极白色定义区域（滴管黑线处为80ul）。

05 按下绿色按钮开始量测，量测结束后，可以打开Open folder查看实验数据，A栏表示电位，B栏表示电流。

06 不移动量测电极，直接回到软件设定，设定中命名CV-100mV/s-5mM，设定扫描参数，在此步骤扫描速率设定100mV/s。

07 按下绿色按钮开始量测，量测结束后，可以打开Open folder查看实验数据，A栏表示电位，B栏表示电流。

08 不移动量测电极，直接回到软件设定，设定中命名CV-200mV/s-5mM，设定扫描参数，在此步骤扫描速率设定200mV/s。

09 按下绿色按钮开始量测，量测结束后，可以打开Open folder查看实验数据，A栏表示电位，B栏表示电流。

10 以卫生纸擦去电化学电极上溶液，再将电化学电极集中回收处理。

11 将三份EXCEL档案开启，将CV-100mV/s-5mM与CV-200mV/s-5mM数据复制贴到CV-50mV/s-5mM档案的数据域中。

12 三个参数皆取第三圈做图(2513列到3743列)

13 找到三个参数在2513列到3743列的氧化波峰电流，并对氧化电流与浓度关系做图：ex. y = 131.11x + 191.76

14 观察三个氧化波峰都做坐落在2900列到2960列，并将所有参数输入至软件Advanced设定功能，输入取点范围、线性方程式与浓度单位。完成VS1测定铁氰化钾浓度判断功能。

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