电化学实验一析氢行为

环境工程专业电化学基础实验报告姓名：学号：日期：一．实验目的（1）掌握线性扫描技术（2）掌握三电极体系（3）掌握Tafel关系二．实验原理析氢反应方程：H++e→1/2H2线性扫描技术：控制电极电势按指定规律变化，同时测量电极电流随电势的变化。Tafel关系：强极化（但无浓差）发生时，超电势η与通过电极的电流密度j呈线性关系。（课本53页）三．实验步骤及结果实验步骤：（1）用18.4mol/L浓硫酸配置50mL0.5mol硫酸溶液(a=1)取适量水于烧杯中，量取6.8mL浓硫酸，缓慢加入烧杯中并用玻璃棒搅拌，将稀释后的溶液加入250mL容量瓶定容。（2）用刚玉粉末作为抛光粉处理电极活性表面，以避免副反应干扰实验。（3）使用电化学工作站CHI660E进行线性扫描,为获取准确电势值，采用三电极体系。工作电极：Φ2mm圆盘电极Au,Ni,GC，Φ0.5mmPt对电极：钛电极参比电极：Ag-Agcl,φAgcl/Ag=0.222V,并使用鲁金毛细管以减小溶液电阻工作电极—绿色夹子，对电极—红色夹子，参比电极—白色电极参数设置要考虑不同金属的起始终止电势，选定合适sensitivity以避免数据溢出，实验开始前要除去电极表面的气泡。（4）数据处理：i=ic+id基线代表ic变化,超电势η=-0.222-E，电流密度j=id/A使用origin处理i,E数据并绘制η-lnj曲线，找到ab。实验数据：（1）Au电极表面析氢行为环境工程专业电化学基础实验报告（2）GC电极表面析氢行为0.20.0-0.2-0.4-0.60.00000.00020.00040.00060.00080.0010Au-Current/PotentialBaselineofCurrentCurrent(A)Potential(V)01234560.100.150.200.250.300.350.40Au-η/lnjLinearFitofSheet1Hηη(V)lnj(A*m-2)Equationy=a+b*xWeightNoWeightiResidualSumofSquares0.00734Pearson'sr0.9976Adj.R-Square0.99519ValueStandardErrηIntercept0.08557.16811E-4Slope0.04942.11716E-4η=0.0855+0.0494*lnj0.20.0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-0.000020.000000.000020.000040.000060.000080.000100.000120.000140.000160.00018GC-Current/PotentialBaselineofCurrentCurrent(A)Potetial(V)环境工程专业电化学基础实验报告（3）Ni电极表面析氢行为-0.50.00.51.01.52.02.53.03.54.00.450.500.550.600.650.70GC-η/lnjLinearFitofSheet1Gηη(V)lnj(A*m-2)Equationy=a+b*xWeightNoWeightinResidualSumofSquares0.00279Pearson'sr0.99883Adj.R-Square0.99766ValueStandardErrηIntercept0.45064.41829E-4Slope0.06191.92744E-4η=0.4506+0.0619*lnj-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.70.00000.00020.00040.00060.00080.0010Ni-Current/PotentialBaselineofCurrentCurrent(A)Potential(V)0123450.180.200.220.240.260.280.300.320.340.36Ni-η/lnjLinearFitofSheet1Gηη(V)lnj(A*m-2)Equationy=a+b*xWeightNoWeightiResidualSumofSquares0.01619Pearson'sr0.98038Adj.R-Square0.96091ValueStandardErrηIntercept0.15040.00201Slope0.03655.65857E-4η=0.15046+0.03658*lnj环境工程专业电化学基础实验报告（4）Pt电极表面析氢行为（5）四种电极综合图0.20.10.0-0.1-0.2-0.3-0.000020.000000.000020.000040.000060.000080.000100.000120.000140.00016Pt-Current/PotentialBaselineofCurrentCurrent(A)Potential(V)012345670.000.050.10Pt-η/lnjLinearFitofSheet1Iηη(V)lnj(A*m-2)Equationy=a+b*xWeightNoWeightinResidualSumofSquares0.00162Pearson'sr0.98218Adj.R-Square0.96424ValueStandardErrηIntercept-0.01140.00134Slope0.01342.87367E-4η=-0.01142+0.01343*lnj环境工程专业电化学基础实验报告由图可知：当lnj4.81时，超电势受电极金属种类影响，η（GC）η（Ni）η（Au）η（Pt），当lnj4.81时，Ni电极的拟合直线与Au电极的拟合直线交叉，主要原因是Ni位置选取不够恰当，所以拟合的误差比较大；Pt的超电势非常小，很适合做析氢反应的电极；氢超电势主要受a值影响，b的影响较小；当j→0时电极更接近可逆电极电势；对GC,Ni,Au电极，a都要比b大很多。四．分析与结论实验中出现的问题和解决方案：（1）实验中鲁金毛细管内液面降到参比电极之下，使实验图呈“散点”，后停止实验并用滴管移取少量电解液加入鲁金毛细管。（2）测Au曲线时发现起始电流约为2V：配制的硫酸溶液中有溶解氧，反应为O2+2H2O+4e→4OH-（3）扫描中发现曲线电流不再随时间变化，说明数据溢出，需要停止实验，增大范围，重新测量。（4）测量中发现曲线很早就不再满足线性关系，停止实验，发现工作电极上有气泡，驱走气泡重新测量，几次测量曲线更相近。实验结论：（1）根据Tafel方程η=a+b*lnj超电势值受a影响较大，受b影响较小（2）随电流密度j增加，超电势增大（3）随超电势η增大，电极电势偏离可逆电势的程度增加，获得相同电流所需的外加电压也要增加，应根据实际需要选择适合的金属做电极（4）Pt的超电势非常小，很适合做析氢反应的电极（5）工作电极的表面积小于对电极表面积，所以工作电极极化程度远大于对电极极化程度，只需要加很小的电压，就可以让工作电极出现极化现象，因为通过电流极小，可近似认为参比电极的电势在一定温度下为常数。（6）Tafel关系中a,b受实验室温度影响，所以b不等于0.050V012345670.00.10.20.30.40.50.60.7linearfitofAu-η/lnjlinearfitofGC-η/lnjlinearfitofNi-η/lnjlinearfitofPt-η/lnjη(V)lnj(A*m-2)Ni:η=0.15046+0.03658*lnjPt:η=-0.01142+0.01343*lnjGC:η=0.4500+0.0623*xAu:η=0.0855+0.0494*lnj