1、法拉第和非法拉第過(guò)程區(qū)別?
電極反應(yīng)是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。如果用電化學(xué)工作站/恒電位儀使電極電位升高或降低一個(gè)數(shù)值,在電極表面就會(huì)有多個(gè)過(guò)程發(fā)生改變:首先是雙電層中的電場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化,這就是雙電層的“充放電”過(guò)程,該過(guò)程是非法拉第過(guò)程,即不是進(jìn)行電極反應(yīng)的過(guò)程,這個(gè)過(guò)程的速度由相應(yīng)的非法拉第電流密度反映。
同時(shí),帶電荷的粒子穿越雙電層,也就是穿越金屬電極和溶液介質(zhì)兩相界面區(qū),進(jìn)行電極反應(yīng),該過(guò)程是法拉第過(guò)程,它的過(guò)程由相應(yīng)的法拉第電流密度反應(yīng)。因此當(dāng)電極電位變化時(shí),實(shí)際的電流密度是這兩種電流密度疊加而成。由于兩種過(guò)程發(fā)生的速度不同(非法拉第過(guò)程進(jìn)行的很快,而電子的轉(zhuǎn)移往往比較慢),所以可以通過(guò)一定的測(cè)量方法將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)。
2、法拉第過(guò)程與穩(wěn)態(tài)測(cè)量技術(shù)的關(guān)系?
法拉第過(guò)程的電流密度隨電位的變化大小受很多因素的影響,往往與反應(yīng)物或產(chǎn)物及電極表面的吸附物質(zhì)有關(guān)。當(dāng)法拉第電流密度在一定的電位下達(dá)到穩(wěn)定數(shù)值時(shí),緊靠電極表面的溶液層中與電極反應(yīng)有關(guān)的物質(zhì)的濃度與電極表面狀態(tài)變量也應(yīng)該保持為一定的穩(wěn)定值,不隨時(shí)間改變,這時(shí)進(jìn)行的電化學(xué)測(cè)量稱為穩(wěn)態(tài)測(cè)量。而在法拉第過(guò)程尚未達(dá)到穩(wěn)定態(tài)之前的電化學(xué)測(cè)量則稱為暫態(tài)測(cè)量。
有兩點(diǎn)值得注意:
(1)穩(wěn)態(tài)測(cè)量的電化學(xué)參數(shù)與時(shí)間無(wú)關(guān),而暫態(tài)測(cè)量的電化學(xué)參數(shù)與時(shí)間相關(guān),故可以用來(lái)研究電極界面結(jié)構(gòu);
(2)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)是為了區(qū)分測(cè)試技術(shù)而引入的概念,是相對(duì)而言的,在一定的時(shí)間內(nèi)E、I相對(duì)穩(wěn)定就是穩(wěn)態(tài)。
3、穩(wěn)態(tài)測(cè)試的特點(diǎn)是什么?
穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)是指電極電勢(shì)、電流密度、電極界面狀態(tài)和電極界面區(qū)的濃度分布等參數(shù)基本保持不變,其特點(diǎn)有:電極界面狀態(tài)不變,雙電層充電電流為零;電極界面的吸附層狀態(tài)也不變;界面擴(kuò)散層不變。
對(duì)于穩(wěn)態(tài),有三個(gè)方面要引起注意:
(1)穩(wěn)態(tài)不等同于平衡態(tài),平衡態(tài)只是穩(wěn)態(tài)的一個(gè)特例而已。穩(wěn)態(tài)下電極反應(yīng)仍然發(fā)生,有凈電流通過(guò),而平衡態(tài)則是沒(méi)有凈電流通過(guò)。
(2)不變的電極狀態(tài)是不存在的,所以的穩(wěn)態(tài)是不存在的。
(3)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)是相對(duì)而言的,所以只要實(shí)驗(yàn)條件在一定時(shí)間內(nèi)的變化不超過(guò)一定值的狀態(tài)就稱為穩(wěn)態(tài),反之,可以按照暫態(tài)處理。
4、幾種常見(jiàn)的穩(wěn)態(tài)測(cè)量技術(shù)?
(1) 恒電位法/計(jì)時(shí)電流法CA
恒電位法是采用恒電位儀控制電勢(shì),根據(jù)電位變化可分為靜電位和動(dòng)電位兩種,靜電位的電位變化可以是逐點(diǎn)的,也可以是階梯的,但都是達(dá)到穩(wěn)定后再進(jìn)入下一個(gè)電位,也即在一個(gè)電位下電流不隨時(shí)間變化;而動(dòng)電位中電位的變化是連續(xù)地以恒定的速度掃描(穩(wěn)態(tài)極化曲線)。靜電位的應(yīng)用如圖所示。
(2)穩(wěn)態(tài)極化曲線
穩(wěn)態(tài)極化曲線也即恒電位法的一種,控制電位隨時(shí)間線性變化,且電位的變化足夠慢,使得電極表面處于穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)極化曲線是研究電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)中基本也是重要的方法之一。通過(guò)極化曲線可以判斷電極反應(yīng)的特征及控制步驟,測(cè)定電極反應(yīng)的基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
(3)恒電流法/計(jì)時(shí)電位法CP
恒電流法也即控制工作電極的外電流為不同的電流密度值,分別測(cè)定工作電極于各個(gè)外側(cè)電流密度下的電位穩(wěn)定值。恒電流的應(yīng)用如圖所示。
(4)旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)
旋轉(zhuǎn)圓盤電極(RDE)是一種使電極反應(yīng)盡量趨向于穩(wěn)態(tài)的一種技術(shù)(其實(shí)并不是嚴(yán)格意義上的穩(wěn)態(tài),因?yàn)槭欠袷欠€(wěn)態(tài)還取決于電流和電位的變化)。旋轉(zhuǎn)圓盤電極消除了雙電層的影響,使得反應(yīng)物到達(dá)電極表面任何一點(diǎn)的電流密度保持一致,至少有兩個(gè)好處:一是可以控制擴(kuò)散較慢的物質(zhì)(如氣體)到達(dá)電極表面的量一致(或使得產(chǎn)生的氣體易于擴(kuò)散到溶液中),從而得到穩(wěn)定的電流密度,使其處于穩(wěn)態(tài),利于電化學(xué)分析;二是它可以使得反應(yīng)物到達(dá)電極表面任何一點(diǎn)的電流密度保持一致,排除雙電層的影響,(而傳統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)測(cè)量往往需要在極短的時(shí)間內(nèi)完成以保證電極表面物質(zhì)濃度不變,這樣就不可避免的產(chǎn)生較大的雙電層影響),通過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)速可以控制電解液到達(dá)電極表面的速度,根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速可以對(duì)電極過(guò)程的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和分析。
RDE可以用來(lái)分析一個(gè)反應(yīng)的路徑,如早期的研究鐵氰化鉀作為模型來(lái)研究液相傳質(zhì),現(xiàn)在更多的用在研究氧還原反應(yīng)的中間產(chǎn)物(如圖所示)。
相關(guān)產(chǎn)品
免責(zé)聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來(lái)源:化工儀器網(wǎng)”的所有作品,均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明“來(lái)源:化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來(lái)源(非化工儀器網(wǎng))的作品,目的在于傳遞更多信息,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé),不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí),必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來(lái)源,并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問(wèn)題,請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。