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電化學(xué)工作站的三電極體系介紹

時間:2022-9-2 閱讀:4713
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電化學(xué)工作站是一種控制工作電極和參比電極之間電位差的電子儀器。其中,工作電極和參比電極都是電化學(xué)電解池里的組成部分。電化學(xué)工作站通過向輔助電極或?qū)﹄姌O中注入電流來控制工作電極和參比電極兩者間的電位差。

1、工作電極

一般的工作電極需滿足以下三個條件:

①所研究的電化學(xué)反應(yīng)不會因電極自身所發(fā)生的反應(yīng)而受到影響,并且能夠在較大的電位區(qū)域中進(jìn)行測定。

②電極必須不與溶劑或電解液組分發(fā)生反應(yīng)。

③電極面積不宜太大,電極表面最好是均一平滑,且能夠通過簡單的方法進(jìn)行表面凈化。

常見的“惰性”固體電極有玻碳、鉑、金、銀、鉛、導(dǎo)電玻璃(FTO,ITO等)。常用的液體電極有液態(tài)汞。采用固體電極時,為了保證實驗的重現(xiàn)性,需注意建立合適的電極預(yù)處理步驟。


2、參比電極(reference electrode)

一般的工作電極需滿足以下三個條件:

①電極電勢已知且穩(wěn)定,重現(xiàn)性好的可逆電極。即電極過程的交換電流密度相當(dāng)高,是不極化或難極化電極,因此能迅速建立熱力學(xué)平衡電位,其電極電勢符合Nernst方程。

②參比電極內(nèi)的電解液不與電解池中的電解液或相關(guān)物質(zhì)反應(yīng)。

③電極電位的溫度系數(shù)小。

④參比電極中的電解液離子滲透到溶液中不會影響工作電極的反應(yīng)。

常用的參比電極有:飽和甘汞電極(SCE)(見圖3)、Ag/AgCl電極、可逆氫電極(RHE)、Hg/HgO電極、Hg/Hg2SO4電極等

一般在酸性或中性溶液中選擇飽和甘汞電極(SCE)或Hg/Hg2SO4電極,在堿性溶液中選擇Hg/HgO電極。當(dāng)然如果使用鹽橋,SCE在堿性溶液中也是可以使用的,前提是排除Cl離子對工作電極的影響。


3、輔助電極(counter electrode)

輔助電極也叫對電極,其作用是和工作電極組成一個串聯(lián)回路,只起到導(dǎo)電的作用。

在電化學(xué)研究中經(jīng)常選用性質(zhì)比較穩(wěn)定的材料,比如鉑或者石墨。(在需要長時間電化學(xué)實驗的體系中最好選擇石墨電極,因為最近的很多文獻(xiàn)表明,當(dāng)選用Pt做對電極時,長時間的測試往往會使Pt溶解,工作電極在掃描的過程中會沉積Pt,從而可能會影響工作電極的活性)

為了減少輔助電極極化對工作電極的影響,輔助電極本身的電阻要小,并且不易極化,其面積通常要求大于工作電極。其原因是在相同的電流下,如果電極面積大,那么電流密度小,根據(jù)B-V方程,其過電位小,極化小,因此電化學(xué)工作站的靈敏度高,干擾小。反過來說,當(dāng)工作電極的面積非常小時,極化電流引起的輔助電極的極化可以忽略不計,即輔助電極的電勢在測量中始終穩(wěn)定,此時輔助電極可以作為測量回路中的電勢基準(zhǔn),即可作為參比電極。例如,研究超微電極時,可用二電極體系就可以完成測量。

 

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