实验3-水溶液电位窗口的测定

华南师范大学实验报告学生姓名学号专业新能源材料与器件年级、班级2014课程名称电化学实验实验项目水溶液电位窗口的测定实验类型□√验证□设计□综合实验时间2016年4月18日实验指导老师吕东生实验评分一．实验目的1.掌握电位窗口的意义2.掌握阴极极化曲线和阳极极化曲线的使用方法3.测量波碳电极在酸性，中性和碱性溶液中的阳极和阴极极化曲线二．实验原理水溶液电位窗口：水溶液中，电极的析氧电位与析氢电位的差值，称为该电极在水溶液中的电位窗口(PotentialWindow)。研究水溶液电位窗口的意义：电化学窗口越大，特别是阳极析氧过电位越高，对于在高电位下发生的氧化反应和合成具有强氧化性的中间体更有利。另外，对于电分析性能来说，因为电极上发生氧化还原反应的同时，还存在着水电解析出氧气和氢气的竞争反应，若被研究物质的氧化电位小于电极的析氧电位或还原电位大于电极的析氢电位，在电极达到析氧或者析氢电位前，被研究物质在阳极上得以电催化氧化或者还原，可以较好的分析氧化或还原过程。但若氧化或还原过程在电极的电势窗口以外发生，被研究物质得到的信息会受到析氢或析氧的影响，得不到最佳的研究条件甚至根本无法进行研究。电位窗口的测定：电极的电位窗口可以应用阴极极化曲线和阳极极化曲线来测定。图1是某惰性电极在水溶液中的阴极极化(析氢)曲线)和阳极极化(析氧)曲线示意图。其中析氢或析氧电位使用切线法估求(如图2)。图1是某惰性电极在水溶液中的阴极极化(析氢)曲线)和阳极极化(析氧)曲线示意图。图2.切线法估求析氢或析氧电位三．实验器材CHI电化学工作站；饱和甘汞电极（中性溶液）；Hg/HgO电极（碱性溶液）；Hg/Hg2SO4电极（酸性溶液）；铂电极；玻碳电极；三口电解槽；0.2MK2SO4溶液；0.2MH2SO4溶液；0，2MNaOH溶液四．实验步骤1.预处理波碳电极，铂电极，同时用去离子水和滤纸清洗参比电极。2.在电解槽中倒入其体积1/4的预先配好的K2SO4溶液，在电解槽适当位置放入玻碳电极，悬空放置铂电极，和饱和甘汞电极。3.打开CHI电化学工作站，并将其接线与电解槽中三电极接好。绿接玻碳电极（工作电极），白色接饱和甘汞电极（参比电极），红色接铂电极（对电极）。打开测试软件测量并记录开路电压“opencircuitvoltage”.选择“Linearscanningvoltage”,输入参数，扫素为5mV/s。从开路电压扫描到析氢（初始电压为开路电压0.1044V，终止电压为－2V，选择Auto打勾）。完成后以txt格式保存结果并命名。4.取出铂电极，轻轻甩动（不用断开与电化学工作站的连接），并用滤纸轻轻擦拭以除去表面的气泡，放回电解槽中；取出玻碳电极，用去离子水稍微润后在砂纸上打磨以去除杂质，在用滤纸擦干，重新放回电解槽中。5.等待5min之后，重新测量开路电位至稳定，并记录电极开路电位。选择“LSV”测试功能，输入参数（终止电压为2.5V，其余参数不变），从开路扫到析氧，扫素为5mV/s，完成后以txt格式保存实验结果。6.更换溶液，重复步骤2-5。H2SO4中用Hg/Hg2SO4电极作为参比电极；NaOH溶液中用Hg/HgO作为参比电极。7.清洗电极和电解槽，铂电极要用浓盐酸洗液浸洗，关闭仪器和电脑，清理桌面，将实验物品放回原处。五．实验数据处理及分析1.对于同一种溶液，将阴极极化曲线和阳极极化曲线作在同一张图中。共三张图。图1.玻碳电极（vs.甘汞电极）在0.2MK2SO4溶液中的阴极极化曲线和阳极极化曲线－1.781.84图2.玻碳（vs.Hg/Hg2SO4）电极在0.2MH2SO4溶液中的阴极极化曲线和阳极极化曲线图3.玻碳电极（vs.Hg/HgO电极）在0.2MNaOH溶液中阳极极化曲线和阴极极化曲线2.使用切线法估求玻碳电极在每种溶液中的析氢和析氧电位，并比较它们的大小(比较前需要将这些电位换算为相对氢标电位)(饱和甘汞电位0.244V，Hg/HgO电极电位0.114V，Hg/Hg2SO4电极电位是0.614V).1）饱和甘汞电极的电位是0.244V。由图1可得玻碳电极在0.2MK2SO4相对饱和甘汞电极：析氢电位φa‘=－1.78V;析氧电位φb‘=1.84V可求出相对于氢标电极:析氢电位φa=-1.78V+0.244V=-1.536V析氧电位φb=1.84V+0.244V=2.084V2)Hg/HgSO4电极电位是0.614V。根据图2由切线法得出玻碳电极在0.2MH2SO4溶液中，相对Hg/HgSO4:析氢电位φa‘=-1.455V;析氧电位φb‘=1.611V可求出相对于氢标电极：析氢电位φa=-1.455V+0.614V=-0.841V析氧电位φb＝1.611V+0.614V=2.225V3)Hg/HgO电极电位为0.114V。根据图3由切线法得出玻碳电极在0.2MNaOH溶液中相对于Hg/HgO电极：析氢电位φa‘=-1.787V；析氧电位φb‘=1.333V可求出相对于氢标电极：析氢电位：φa=-1.787V+0.114V=-1.673V析氧电位：φb＝1.333V+0.114V=1.447V比较可得φa(酸)φa(中)φa(碱)φb（酸φb（中）φb（碱）3.计算玻碳电极在三种溶液中的电位窗电位窗=φb-φa玻碳电极在0.2MK2SO4溶液中的电位窗为：φ=2.084V-(-1.536V)=3.62V玻碳电极在0.2MH2SO4溶液中的电位窗位：φ=2.225V-(-0.841V)=3.066V玻碳电极在0.2MNaOH溶液中的电位窗为：φ=1.447V-(-1.673V)=3.12V