华南师范大学实验报告
学生姓名
新能源材料与器件 电化学实验
√验证 □设计 □综合 □
学 号 年级、班级 实验项目 实验时间 实验评分
2014
水溶液电位窗口的测定 2016年4月18日
专 业 课程名称 实验类型
实验指导老师 吕东生
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一、实验目的
1.理解电位窗口的意义；
2.掌握阴极极化曲线和阳极极化曲线的使用方法；
3.测量玻碳电极在酸性、中性和碱性溶液中的阳极和阴极极化曲线。
二、实验原理
水溶液电位窗口：溶液中，电极的析氧电位与析氢电位的差值，称为该电极在水溶液中的电位窗口(Potential Window)。
研究水溶液电位窗口的意义：电化学窗口越大，特别是阳极析氧过电位越高，对于在高电位下发生的氧化反应和合成具有强氧化性的中间体更有利。另外，对于电分析性能来说，因为电极上发生氧化还原反应的同时，还存在着水电解析出氧气和氢气的竞争反应，若被研究物质的氧化电位小于电极的析氧电位或还原电位大于电极的析氢电位，在电极达到析氧或者析氢电位前，被研究物质在阳极上得以电催化氧化或者还原，可以较好的分析氧化或还原过程。但若氧化或还原过程在电极的电势窗口以外发生，被研究物质得到的信息会受到析氢或析氧的影响，得不到最佳的研究条件甚至根本无法进行研究。
电位窗口的测定：可以应用阴极极化曲线和阳极极化曲线来测定。图1是某惰性电极在水溶液中的阴极极化(析氢)曲线)和阳极极化(析氧)曲线示意图。其中析氢或析氧电位使用切线法估求(如图2)。
图1是某惰性电极在水溶液中的阴极极化(析氢)曲线)和阳极极化(析氧)曲线示意图。
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图2.切线法估求析氢或析氧电位
三、实验器材
CHI电化学工作站；饱和甘汞电极；Hg/HgO电极；Hg/Hg2SO4电极；铂电极；玻碳电极；三口电解槽；0.2M K2SO4溶液；0.2M H2SO4溶液；0.2M NaOH 溶液
四、实验步骤
1.预处理玻碳电极，清洗参比电极和铂电极；
2.在电解槽中倒入其1/3体积的0.2M K2SO4溶液，在电解槽中适当位置放入玻碳电极、铂电极和饱和甘汞电极；
3.打开CHI电化学工作站，并将其接线与电解槽中三电极接好。打开测试软件，测量并记录开路电位。选择“线性电位扫描技术”功能，输入参数，Scan Rate (V/s) = 0.005，Sample Interval (V) = 0.001，Quiet Time (sec) = 2，Sensitivity (A/V) = 1e-6，选择Auto-sensitivity从开路电位扫描到-2.0V。扫速5mV/s。完成后保存实验结果。
4.等待5min后，测量并记录电极开路电位。选择“线性电位扫描技术”功能，输入参数，Scan Rate (V/s) = 0.005，Sample Interval (V) = 0.001，Quiet Time (sec) = 2，Sensitivity (A/V) = 1e-6，选择Auto-sensitivity从开路电位扫描到2.0V。扫速5mV/s。完成后保存实验结果。
5.将电解液更换为0.2M H2SO4，参比电极Hg/Hg2SO4，重复1-4 6.将电解液更换为0.2M NaOH，参比电极Hg/HgO电极，重复1-4 7.清洗电极和电解槽，关闭仪器和电脑。
五、实验数据处理及分析
(1) 对于同一种溶液，将阴极极化曲线和阳极极化曲线作在同一图中。共三张图。
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图3.玻碳电极（vs.甘汞电极）在0.2M K2SO4溶液中的阴极极化曲线和阳极极化曲线图4.玻碳电极（vs.Hg/Hg2SO4）在0.2M H2SO4中的阴极极化曲线和
阳极极化曲线
图5.玻碳电极（vs.Hg/HgO电极）在0.2M NaOH溶液中的阴极极化曲线和阳极极化曲线
(2) 使用切线法估求玻碳电极在每种溶液中的析氢和析氧电位，并比较它们的大小 (比较前需要将这些电位换算为相对氢标电位)(饱和甘汞电位0.244V，Hg/HgO电极电位0.114V，Hg/Hg2SO4电极电位是0.614V).
①在0.2M K2SO4中
由图3得析氢电位φc’=－1.528V;析氧电位φb’=1.756V 所以析氢电位φc=-1.528+0.244V=-1.284V 析氧电位φa=1.756+0.244V=2V
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②0.2M H2SO4中
由图4得析氢电位φc’=－1.315V;析氧电位φb’=1.303V 所以析氢电位φc=-1.315+0.614V=-0.701V 析氧电位φa=1.303+0.614V=1.917V
③0.2M NaOH中
由图5得析氢电位φc’=－1.605V;析氧电位φb’=1.121V 所以析氢电位φc=-1.605+0.114V=-1.491V 析氧电位φa=1.121+0.114V=1.235V
比较可得φa(酸)>φa(中)>φa(碱) φb（酸>φb（中）>φb（碱）
(3) 计算玻碳电极在三种溶液中的电位窗。 电位窗=φ a-φc 玻碳电极在0.2M H2SO4溶液中的电位窗φ（酸）=2V-(-1.284)=3.284V 玻碳电极在0.2M K2SO4溶液中的电位窗φ（中）=1.917V-（-0.701V）=2.618V 玻碳电极在0.2M NaOH溶液中的电位窗φ (碱) =1.235-（-1.491）=2.726
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