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電化學(xué)工作站的三電極體系介紹
1、工作電極
一般的工作電極需滿足以下三個(gè)條件:
①所研究的電化學(xué)反應(yīng)不會(huì)因電極自身所發(fā)生的反應(yīng)而受到影響,并且能夠在較大的電位區(qū)域中進(jìn)行測(cè)定。
②電極必須不與溶劑或電解液組分發(fā)生反應(yīng)。
③電極面積不宜太大,電極表面最好是均一平滑,且能夠通過簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行表面凈化。
常見的“惰性”固體電極有玻碳、鉑、金、銀、鉛、導(dǎo)電玻璃(FTO,ITO等)。常用的液體電極有液態(tài)汞。采用固體電極時(shí),為了保證實(shí)驗(yàn)的重現(xiàn)性,需注意建立合適的電極預(yù)處理步驟。
2、參比電極(reference electrode)
一般的工作電極需滿足以下三個(gè)條件:
①電極電勢(shì)已知且穩(wěn)定,重現(xiàn)性好的可逆電極。即電極過程的交換電流密度相當(dāng)高,是不極化或難極化電極,因此能迅速建立熱力學(xué)平衡電位,其電極電勢(shì)符合Nernst方程。
②參比電極內(nèi)的電解液不與電解池中的電解液或相關(guān)物質(zhì)反應(yīng)。
③電極電位的溫度系數(shù)小。
④參比電極中的電解液離子滲透到溶液中不會(huì)影響工作電極的反應(yīng)。
常用的參比電極有:飽和甘汞電極(SCE)(見圖3)、Ag/AgCl電極、可逆氫電極(RHE)、Hg/HgO電極、Hg/Hg2SO4電極等
一般在酸性或中性溶液中選擇飽和甘汞電極(SCE)或Hg/Hg2SO4電極,在堿性溶液中選擇Hg/HgO電極。當(dāng)然如果使用鹽橋,SCE在堿性溶液中也是可以使用的,前提是排除Cl離子對(duì)工作電極的影響。
3、輔助電極(counter electrode)
輔助電極也叫對(duì)電極,其作用是和工作電極組成一個(gè)串聯(lián)回路,只起到導(dǎo)電的作用。
在電化學(xué)研究中經(jīng)常選用性質(zhì)比較穩(wěn)定的材料,比如鉑或者石墨。(在需要長(zhǎng)時(shí)間電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的體系中最好選擇石墨電極,因?yàn)樽罱暮芏辔墨I(xiàn)表明,當(dāng)選用Pt做對(duì)電極時(shí),長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試往往會(huì)使Pt溶解,工作電極在掃描的過程中會(huì)沉積Pt,從而可能會(huì)影響工作電極的活性)
為了減少輔助電極極化對(duì)工作電極的影響,輔助電極本身的電阻要小,并且不易極化,其面積通常要求大于工作電極。其原因是在相同的電流下,如果電極面積大,那么電流密度小,根據(jù)B-V方程,其過電位小,極化小,因此電化學(xué)工作站的靈敏度高,干擾小。反過來說,當(dāng)工作電極的面積非常小時(shí),極化電流引起的輔助電極的極化可以忽略不計(jì),即輔助電極的電勢(shì)在測(cè)量中始終穩(wěn)定,此時(shí)輔助電極可以作為測(cè)量回路中的電勢(shì)基準(zhǔn),即可作為參比電極。例如,研究超微電極時(shí),可用二電極體系就可以完成測(cè)量。