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电化学工作站中三电极体系的详细介绍

2021.6.11

电化学工作站是电化学测量系统的简称,是电化学研究和教学常用的测量设备。主要有2大类,单通道工作站和多通道工作站。

  三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极,那么它们的选择标准又是什么呢?

  1.1工作电极

  一般的工作电极需满足以下三个条件:

  ①所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响,并且能够在较大的电位区域中进行测定。

  ②电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应。

  ③电极面积不宜太大,电极表面应该是均一平滑,且能够通过简单的方法进行表面净化。

  常见的“惰性”固体电极有玻碳、铂、金、银、铅、导电玻璃(FTO,ITO等)。常用的液体电极有液态汞。采用固体电极时,为了保证实验的重现性,需注意建立合适的电极预处理步骤。

  1.2辅助电极

  辅助电极也叫对电极,其作用是和工作电极组成一个串联回路,只起到导电的作用。

  在电化学研究中经常选用性质比较稳定的材料,比如铂或者石墨。(在需要长时间电化学实验的体系中应该选择石墨电极,因为近的很多文献表明,当选用Pt做对电极时,长时间的测试往往会使Pt溶解,工作电极在扫描的过程中会沉积Pt,从而可能会影响工作电极的活性)

  为了减少辅助电极极化对工作电极的影响,辅助电极本身的电阻要小,并且不易极化,其面积通常要求大于工作电极。其原因是在相同的电流下,如果电极面积大,那么电流密度小,根据B-V方程,其过电位小,极化小,因此电化学工作站的灵敏度高,干扰小。反过来说,当工作电极的面积非常小时,极化电流引起的辅助电极的极化可以忽略不计,即辅助电极的电势在测量中始终稳定,此时辅助电极可以作为测量回路中的电势基准,即可作为参比电极。例如,研究超微电极时,可用二电极体系就可以完成测量。

  1.3参比电极

  一般的工作电极需满足以下三个条件:

  ①电极电势已知且稳定,重现性好的可逆电极。即电极过程的交换电流密度相当高,是不极化或难极化电极,因此能迅速建立热力学平衡电位,其电极电势符合Nernst方程。

  ②参比电极内的电解液不与电解池中的电解液或相关物质反应。

  ③电极电位的温度系数小。

  ④参比电极中的电解液离子渗透到溶液中不会影响工作电极的反应。

  常用的参比电极有:饱和甘汞电极(SCE)(见图3)、Ag/AgCl电极、可逆氢电极(RHE)、Hg/HgO电极、Hg/Hg2SO4电极等

  一般在酸性或中性溶液中选择饱和甘汞电极(SCE)或Hg/Hg2SO4电极,在碱性溶液中选择Hg/HgO电极。当然如果使用盐桥,SCE在碱性溶液中也是可以使用的,前提是排除Cl离子对工作电极的影响。




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