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  • 1 # 使用者3389190983772

    通常來說,電極(包括電極材料及其結構的影響)和電化學反應兩者共同影響我們平常採用電化學工作站測得的電位、電流等數值。

    1、通常我們查表得到的是標準平衡電極電勢,當測試的實際條件偏離標準態時,需要根據電極的能斯特方程來計算平衡電極電勢。準確的說,是每一個電極反應對應一個標準平衡電極電勢。

    2、標準平衡電極電勢的測量往往是選用標準氫電極(SHE,注意區分NHE、SHE和RHE)作為陽極,待測電極作為陰極來測量的。SHE通常定為電極電勢的零點,而可逆氫電極(RHE)作為SHE的一種,由於更易製備,而在確定參比電極的電極電勢中使用較多。在實際的電化學實驗中,所測得的電極電極往往是偏離標準平衡電極電勢的,這種現象稱之為極化,偏離的數值稱為超電勢(或者過電勢),超電勢的來源有濃差極化、電化學極化和歐姆極化。在不同的情況下需要具體分析,比如對於擴散控制的電化學反應來說(發生濃差極化,未發生電化學極化),採用較快掃速的CV來研究暫態過程,採用很慢掃速的CV來測量穩態極化曲線。另外,對於迴圈伏安掃描得到的曲線來說,能斯特可逆體系、準可逆體系和不可逆體系對應於不同的曲線形狀和峰電流公式,如下所示:

    圖1 不同可逆性的電極體系的迴圈伏安圖(1-可逆體系;2-準可逆體系;3-完全不可逆體系)

    可逆體系的峰電流:

    完全不可逆體系的峰電流為:

    對於準可逆體系則需要引入一個評價電極體系可逆性的引數Λ。

    另外,雙電層電流與掃速存在如下關係:

    將上述公式簡化為如下的通式,

    這個公式在超電中確定實際情況下的電極材料是雙電層電容為主還是電化學電容為主時很有用處。

    對於電化學極化來說,通常用到的是我們很熟悉的巴特勒-福爾摩方程(B-V方程),以及其在高過電位和低過電位情況下的簡化。

    運用高過電位情況下簡化得到的Tafel公式,我們可以解釋超電中為什麼在採用恆流充放電的方法在低電流充電時有時會充不上去,而在高電流充電時卻能充上去。這是因為高的電流密度對應於高的過電勢,相當於變相的擴大了電解液的電化學視窗。

    3、標準平衡電極電勢或者平衡電極電極都是對應於特定條件,當達到這樣的條件時,由於正逆反應的速率相同,沒有淨產物生成,實際應用來說意義並不大,所以對於大多的電化學器件來說,實際應用中都需要施加一個過電勢,並且大電流條件下的效能一般是比較重要的。另外,不同反應需要的過電勢也是有很大的不同的。具體來說,水的分解電壓是1.229V,這並不意味著超過這個電壓水一定會分解,這與水分解所涉及的析氫(過電勢較低)和析氧反應(過電勢較高)本身以及具體選擇的電極材料有關。

    4、單純地來講氧化電位和還原電位是沒有意義的,如果要講電位的話需要指明是CV曲線上的峰電位還是達到某一電流密度時對應的電位,比如,在析氫和析氧反應中,我們常用電流密度達到10或者100 mA cm-2的電流密度時的電位來評價材料的電催化效能。

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