怎么简单明了的看懂CV图、即伏安线扫图?

怎么简单明了的看懂CV图、即伏安线扫图?,第1张

1、CV一般用于表征电池充放电过程中发生反应的种类和相应的反应电位,与充放电曲线连起来分析可用于反应机理的研究。2、充放电曲线分正扫和负扫,表示电位逐渐升高和降低,电位为正对应氧化反应,不同电极分析的话不定充电放电过程,具体问题具体分析3、扫速越小越灵敏但扫一个周期时间也越长,扫速越大虽然时间少但会导致峰被遮盖4、峰值电流ip正比于扫速的0.5次方——扩散控制5、相变能,晶型变化都能反应一般也就能用到这些,关键是与你做的材料之间有怎样的关联和你如何解释现象

根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度,中间体、相界吸附或新相形成的可能性,以及偶联化学反应的性质等。

循环伏安法(英文:cyclic voltammetry, CV)是改变电位以得到氧化还原电流方向之方法。

主要是以施加一循环电位的方式来进行,从一起始电位以固定速率施加到一终点电位,再以相同速率改变回起始电位,此为一个循环,可绘制一可逆氧化反应物分析所得的CV图;

当从低电位往高电位扫描时,会使分析物产生一氧化电流的氧化峰(anodic peak),此CV图可帮助我们判断在何种电位时会发生氧化反应。

常用来测量电极反应参数,判断其控制步骤和反应机理,并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应,及其性质如何。

对于一个新的电化学体系,首选的研究方法往往就是循环伏安法,可称之为“电化学的谱图”。本法除了使用汞电极外,还可以用铂、金、玻璃碳、碳纤维微电极以及化学修饰电极等。

应用

循环伏安法 (CV) 已成为许多化学领域中重要且广泛使用的电分析技术。它通常用于研究各种氧化还原过程,以确定反应产物的稳定性、氧化还原反应中中间体的存在、电子转移动力学、和反应的可逆性。

CV还可用于确定系统的电子化学计量、分析物的扩散系数和分析物的形式还原电位,可用作识别工具。此外,由于在可逆的能斯特系统中浓度与电流成正比,因此可以通过生成电流与浓度的校准曲线来确定未知溶液的浓度。

在细胞生物学中,它用于测量活生物体中的浓度。 在有机金属化学中,它用于评估氧化还原机制。

循环伏安法(CV)是一种非常重要的电化学测试方法。

随着锂电行业的快速发展,循环伏安在锂电池的研究中发挥着越来越重要的作用。

该方法可用于探究电极反应可逆性、电极反应机理及电极反应动力学等参数。

定义&原理:

循环伏安法的激励信号图

循环伏安法:在电极上施加一个线性扫描电压,从起始电位以一定的速率扫描到一个顶点电位,再从该顶点电位扫描到另一个顶点电位的两阶段,此扫描可以在两个顶点电位之间多次重复(输入信号如上图所示)。

循环伏安电压电流响应曲线

该法控制电极电势以不同的速率,随时间以三角波形一次或多次反复扫描,电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应,并记录电流-电势曲线(输出信号如上图所示)。

循环伏安图峰的来源有哪些?

1. 双电层的影响:循环伏安测得的电流响应一般为法拉第电流和非法拉第电流。由于扫描电位在持续改变,因此,总有电流对双电层充电,非法拉第电流总是存在。在没有电化学反应的电位区间,测得的电流即为用于电极双电层充电的非法拉第电流;在电极电化学反应的电位区间,由于加入了法拉第电流,通过电极的电流会明显增大,从而形成峰。

2. 电极反应为O+ne-=R。当初始反应物中只有O而没有R,且扫描的起始电势比O/R体系的标准平衡电势更正时,开始扫描一段时间内电极上只有不大的充电电流通过。当电极电势接近平衡电极电位时,O开始在电极上还原,并随着电势变负出现越来越大的还原电流。当还原电势显著超越平衡电极电位后,又因表面层中反应物的消耗使电流下降,从而形成峰。反向扫描时又得到氧化电流的峰值。

循环伏安法的应用

可逆性的判断

可逆/准可逆/不可逆过程的循环伏安图

从循环伏安图的氧化和还原两个方向得到的氧化峰和还原峰的峰高和对称性可以判断出电极活性物质在电极表面反应的可逆程度。

若反应可逆,则曲线上下对称(A曲线);若反应不可逆,则曲线对称性较差且氧化还原峰的高度不同。

判断电极表面反应类型

Pt在硫酸溶液中的循环伏安图

除此之外,研究者也会通过CV曲线来推断电极的反应机理,这也是循环伏安在锂电池的主要应用。当对正负极或电解液等材料进行改进或者替代时,搞清楚其中的反应机制是十分必要的,该方法也是对于一个新的电化学体系首选的研究方法。


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