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循環(huán)伏安法積分:如何和為什么

閱讀:4522      發(fā)布時間:2020-4-28
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循環(huán)伏安法是一種從電化學反應中獲得定性動力學數(shù)據(jù)的有用技術。CV數(shù)據(jù)中會出現(xiàn)不同的峰:每個峰對應于特定的電化學過程,,并且峰高與分析物的濃度相關。

Gamry軟件通過梯形數(shù)值法對CV掃描進行積分,,并且始終對時間進行電流積分,。這意味著當CV顯示為電壓對電流曲線時,“在幕后”軟件依然會從數(shù)據(jù)文件中提取電流和時間列,。因此,,無論屏幕上繪圖上顯示的單位如何,從積分生成的結果單位始終是庫倫,。

為什么積分,?

循環(huán)伏安曲線的積分可以提供有關電化學反應過程中電荷轉移數(shù)的直接信息。但是除此之外,,積分還可為實驗提供附加值,。我們可以看幾個例子。

硫酸銅溶液

cyclic voltammetry experiment

這是在CuSO4酸性溶液中進行CV測試(黑線),,同時進行QCM測試(紅線),。我們可以比較每個循環(huán)電荷轉移對應的移除或增加的Cu的質量。

聚合物

cyclic voltammetry scan

該循環(huán)伏安掃描顯示了具有各種電活性位點的聚合物,。同時測試的QCM,,可以確定沉積在電極表面的質量,。對正向反應和反向反應的比較將深入了解反應機理。

超級電容器

integration leads to capacitance

這兒是電容的積分,,并且沒有“反應”可言,。為了正確的測試超級電容器的CV,電化學工作站必須設置成Surface模式,,并不是所有品牌的電化學工作站都可以這么做,。(Gamry可以)。與由法拉第電流和電化學反應引起的較慢1/t2衰減不同,,Surface模式可以測出吸附物質的1/t的衰減,。詳細介紹請參考Gamry應用報告“使用數(shù)字階梯伏安法測試表面相關電流”。

如何積分

讓我們來看一個例子,。這里我們使用CV測試酸性溶液中的鐵氰化鐵,。

integrate under CV curve

Gamry Echem Analyst™ 軟件可提供兩種方式對CV進行積分。

  1. 快速積分工具
    快速積分工具在CV下拉菜單中,,可將數(shù)據(jù)集拆分成“曲線”,。快速積分是對相對于0電流線的整個區(qū)域進行積分,。同時,,使用“選擇橫坐標區(qū)域”工具,也可對區(qū)域進行積分,。

using quick integrate

以下是對數(shù)據(jù)使用快速積分的結果:

multi cycle cyclic voltammetry

此方法可能更適合分析多圈CV數(shù)據(jù),。

2. 積分工具

使用此方法,可以更精確地對一部分曲線進行積分,,以及怎樣和如何選取基線,。

a. 打開數(shù)據(jù)

b. 激活“繪制手繪線”按鈕

c. 左擊并在圖形上所需起點按住以便放置錨點。該線是峰之前背景電流的外推,。不要過多或過少包含法拉第過程,。

d. 按住鼠標按鈕,用鼠標將虛線延伸到終點處,。

integrate tool

e.  鼠標放在線上并右擊,,選擇“接受”或“刪除”線:

slope intercept

如果選“接受”,則線會從虛線變成實線,,并且斜率和截距顯示在底部:

curve to integrate

f.  使用“鼠標選擇部分曲線”按鈕,,選擇要積分的曲線部分:

cyclic voltammetry integrate

g.  在CV下拉菜單中,選擇“積分”

cv integrate dropdown

這樣選中的曲線會對零電流線進行積分,。

curve and zero ampere
h.  如果要將基線換成之前手繪的線,,在CV下拉菜單中選擇“區(qū)域基線”:

region baseline

出現(xiàn)“區(qū)域基線設置”窗口:

baseline settingsi.  在基線欄,選中希望的基線,,并點擊“關閉”按鈕,。積分區(qū)域將會從零電流線移至選中的基線,。

desired baseline


j.  也可以對CV曲線的反向峰進行積分??筛鶕?jù)以下步驟進行,,畫一條基線,選擇要積分的曲線,,將積分區(qū)從零電流線移至基線:a.   也可以對CV曲線的反向峰進行積分,。可根據(jù)以下步驟進行,,畫一條基線,,選擇要積分的曲線,將積分區(qū)從零電流線移至基線:

cv scan reverse

結論

此篇應用報告介紹了如何用Gamry Echem Analyst™ 分析軟件對CV數(shù)據(jù)進行積分,,并且提供了CV可以協(xié)助研究的幾種應用,。

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