循环伏安法操作步骤，循环伏安法参数设置

1 引言循环伏安法（CV）是研究电极/电解质界面电化学反应的行为、速率和控制步骤的技术方法，广泛应用于能源、化工、冶金、金属腐蚀与防护、环境科学等领域。广泛应用于生活领域。科学和许多其他领域。这种方法测试方便，响应速度快，得到的循环伏安曲线信息丰富，堪称“电化学谱”。但由于影响因素较多，通常仅用于定性分析，如研究电极反应的性质、电极反应机理、反应速率以及电极过程的动力学参数等。循环伏安法对于电化学领域的研究具有重要意义，了解其测试原理、熟悉其测试程序、掌握其分析应用是所有电化学家的必备技能。

2 循环伏安法的基本原理一个完整的电化学系统必须至少包括工作电极、对电极和电解质。 CV测试过程中常用三电极和二电极系统，如图1所示。两种测试系统均包括工作电极(WE)、参比电极(RE) 和对电极(CE)。工作电极始终是研究电极，参比电极主要用于测量工作电极的电势/电势，对电极的作用是与工作电极形成回路以承载电流[1]。两者之间的区别在于，在三电极系统中，WE、RE和CE是分开的，而在两电极系统中，WE和RE是同一电极。另外，在CV测试中，要求CE对工作电极处的反应影响尽可能小，因此一般选择铂等稳定的物质，并防止电流在参比电极和工作电极之间流动. 是需要的。需要一种稳定的、已知的液体。连接电位以确保WE 电极电位测量的准确性。常用参比电极及其氢标准电极电位总结于表1中。

图1 用于循环伏安测试的两个电化学系统。

表1 常用参比电极及其电极电位循环伏安测试的基本原理是向工作电极和对电极形成的闭环施加三角脉冲电压（图2），并改变工作电极/电解质。界面处的电位使得工作电极上的活性材料发生氧化/还原反应，从而在电极上发生电化学时产生响应电流[2]。记录此过程中的电极电位和响应电流，得到相应的电流-电压曲线。如果扫描电压仅沿特定方向从起始电位Ui扫描到终止电压Us，则所得的电流-电压曲线称为线性伏安扫描曲线（图3）。一个循环以相同的速率完成直至起始电压（电压Ui），所得的电流-电压曲线称为循环伏安曲线（图4）。同样，根据实际需要也可以进行多次连续的周期扫描。

图2 三角波脉冲电压

图3 线性伏安扫描曲线

图4 循环伏安曲线从上述循环伏安（CV）曲线可以看出，当扫描电位变化时，CV曲线响应不同电位下的电流变化而呈现峰值。那么这些峰是如何产生的呢？每个峰具体代表什么意思呢？我们会尽可能的简化电化学系统，方便大家理解。假设初始体系中只有一种氧化态物质O，工作电极上只有一种氧化还原反应：O+ e-R，其中R是还原态的产物。然后，在理想条件下，当工作电极电位降低至OR反应的标准电极电位时，O在电极上获得电子，发生还原反应并产生R，形成电流。测量循环。电极处的反应速率高度依赖于电极电位，而反应电流密度取决于反应速率和反应物的浓度，因此随着电压持续降低，测量回路中的电流增加。随着电压继续降低，体系中反应物O的浓度降低，因此反应电流逐渐减小，一旦O完全转化为R，R就无法继续氧化，因此电压降低。 R 即使你改变它。因此，测量回路中的电流再次趋近于零。即在发生电化学反应的电压范围内，电流先增大，然后减小，最后形成“峰值”。反之，当沿相反方向扫描时，电压升高至接近OR反应的标准电极电位，电极上生成的还原活性物质R发生氧化反应并失去电子，出现氧化峰。因此，循环伏安测试中不同电压范围产生的氧化/还原峰本质上代表了该电位下电极表面发生的电化学反应。在一些复杂的电化学反应中，循环伏安曲线中可能存在多个峰，表明反应物在电化学过程中可能经历多次相变。

3. CV曲线测试CV曲线通常通过电化学工作站测试获得。除了测量CV曲线外，电化学工作站还可以实现线性扫描伏安法、阶跃波伏安法、塔菲尔图、计时电流法/库仑法、电化学噪声测量、电位溶出分析等测试需求。因为本文的重点仅限于：描述循环伏安法。在此，我们以晨华CHI660E系列电化学工作站为例，简单介绍一下CV曲线测试方法。对其他功能感兴趣的同学可以自行研究。 (1) 将待测系统连接至电化学工作站，检查接线是否正确，如图5-7所示。注意3 电极和2 电极方法之间的区别。在3电极法的情况下，对电极和工作电极应尽可能地彼此面对，而在2电极法的情况下，对电极应尽可能地彼此面对。参比电极必须连接至同一电极。

图5 晨华CHI660E电化学工作站

图6 三电极系统接线图

图7 二电极系统接线图

（2）打开电化学工作站电源，双击CHI660E操作软件（图8）进入测试主界面。

图8 CHI660E 操作软件

（3）点击操作栏上的“T”，输入测试技术（蓝色方框所示），选择需要测试的项目（图9）。

图9 电化学工作站测试程序界面

(4) 选择CV测试后，进入参数界面，更改CV测试的电压窗口、扫描速率和循环次数（图10）。

图10Parameters参数设置界面

(5) 单击工具栏上的开始按钮，开始CV测试（图11）。

图11 CV测试过程中的CV测试和测试完成界面测试完成后，将文件保存为.csv或.txt格式，并使用Origin等工具绘制并检索相应的CV曲线。

图12 CV测试后数据保存

（6）使用Excel软件，打开保存的.csv中的原始数据，选择电压和电流数据，导入到Origin等绘图软件中，以电压为横轴，电流为纵轴，得到相应的CV 曲线（图13））。

图13 Origin绘制的循环伏安曲线

本文重点分享电化学基础知识、循环伏安测试原理、测试教程等。循环伏安法的应用和分析涉及更专业的知识。在另一条推文中对此进行了更多介绍。希望您继续关注我们。第：章

[1] 李迪. 电化学原理， 第3版[M]. 电化学原理， 第3版， 北京大学出版社， 2008.

[2]杨文智。电化学基础[M]。北京大学出版社，1982。

[3]刘永辉，电化学测试技术[M]，北京航天研究院出版社，1987。

2. 常见问题及解答

CV定性分析的具体方法Q: CV测试中重要的参数有哪些？测量参数应该如何选择？

测量A: CV时，初始电位，上限电位，下限电位，初始扫描方向，扫描速度，扫描段数（一轮2段），采样间隔，离开时间，必须测量灵敏度（灵敏度）。如果该值与测试电流相同数量级或大一级，则尽量保持较小。但测试过程中左下角并没有出现溢出。 ) 根据您的峰值范围和要求进行设置。通常，我们首先进行宽范围电位测试以确定峰位置，然后选择合适的电位范围，但要注意，如果电位范围太大，会出现水氧化还原峰。影响测试物质的峰。 Q:CV 如何确定图表中的氧化还原峰？ A:的循环伏安曲线中的还原峰对应的是阴极反应，电流为阴极电流，对应的峰为还原峰，峰电位为正。峰值电流越大，反应越容易。氧化峰是还原，阳极电流对应的峰就是氧化峰，峰电位越负，峰电流越大，越容易氧化。

从电位上看，在同一氧化还原对的情况下，氧化峰通常比还原峰处于更正的位置，即峰电位更正的峰为氧化峰，与存在更负的峰值电位。峰值电位是还原峰，是极化的结果。 扫描方向：循环伏安参数设置包括起始扫描极性（负或正），正扫描（从低电压到高电压扫描）是指从负电位到正电位的方向进行扫描，峰为氧化。负扫描（从高电压到低电压扫描）是指从正电位到负电位，外部电路向电极添加电子，表示溶液中易发生还原反应的离子（如铁离子）。当它接近电极时，获得电子并发生还原反应，扫出的峰就是还原峰。因此，电势越负，还原越强，扫过的峰就成为还原峰。用相同的电压扫正负极会分别引起氧化和还原，而氧化还是还原与电压高低无关。 Q:CV 图需要分析哪些参数？ 从A: 的循环伏安图中可以获得一些重要参数，包括阳极峰值电流(ipa)、阴极峰值电流(ipc)、阳极峰值电位(epa) 和阴极峰值电位(Epc) ）。测量和确定峰值电流ip的方法是沿基线画一条切线，外推到峰底，从峰顶到切线画一条垂直线，其间的高度就是ip。 Ep可以直接从横轴和峰值对应的位置读取。 Q: 如何利用CV来阐明反应机理？ A: 以下图所示的光解反应为例，假设反应过程中使用联吡啶钌作为氧化剂，抗坏血酸作为还原剂。做完了。

活化能和电势之间的关系如下。

结合溶剂系数等给出两种不同反应过程的吉布斯自由能公式。

通过代入势值，可以确定吉布斯自由能，并根据自由能的符号确定反应过程。 Q: 如何用CV判断反应性质？ A: 用循环伏安法判断反应是否可逆(通常这两个条件就足够了) a. 氧化峰电流与还原峰电流之比的绝对值等于1。不同的扫描速度在一定程度上影响可逆性。一般情况下，扫描速度不影响峰电位，但扫描速度越快，电化学反应电流越大]b，氧化峰和还原峰之间的电位差约为59/n（mV），其中n为电子位移（温度通常为293K）[但是，实验通常不在这个温度下进行，因此使用它会引入误差。一般情况下，确保该值小于100mv 是有意义的。 ] 决定。扩散或吸附反应：改变扫描速率，看看峰值电流是否与扫描速率或其平方根成正比。 a. 如果与扫描速率呈线性关系，则为表面控制； b. 如果与平方根呈线性关系，则为扩散控制。

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