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文档简介
Experimentalclasson"FuelCellandElectrochemistry"
Experimentsetup
Equipment:CHI760Delectrochemicalstation
Threeelectrodesystem.WE:CE:RE:SaturatedCalomelElectrode
Solution:1.0×10³mol/LK₃[Fe(CN)6]+0.1MKCl
Labreport
1)PlotcurvesofLSVcurve,anddescribewhycurrentchangeswithsweepingvoltage?
Current/uA
Potential/V
Reason:Voltageisadrivingforcetoanelectrodereactions,itisconcernedwiththeequilibriumofelectrontransferatelectrodesurface.Asthealteringofappliedvoltage,theFermi-levelisraised(orlowered),whichchangingtheenergystateoftheelectrons.Makingtheoverallbarrierheight(ieactivationenergy)alterasafunctionoftheappliedvoltage.
(1).Inthisreaction,whenvoltageis0.6V,thereisnoelectrontransfer,sothecurrentiszero.Withthevoltagetothemorereductivevalues,thecurrentincreases.
(2).WhenthediffusionlayerhasgrownsufficientlyabovetheelectrodesothatthefluxofreactanttotheelectrodeisnotfastenoughtosatisfythatrequiredbyNernstEquation.Thepeakisobtaining.
(3).Whenthereactioncontinued,itwouldgetasituationthattherewillbealowerreactantconcentrationattheelectrodethaninbulksolution,thatis,thesupplyoffreshreactanttothesurfacedecreased,socurrent
decreases.
2)PlotthecurvesofCVcurveswithdifferentscanrate;
79).
Current/A
Potential/V
3)FromtheCVcurves,fillthetable
Scanrate(mV/s)
20
50
100
200
300
400
500
600
Peak
current(
uA)
lpe
8.336
13.17
18.50
25.96
31.54
36.17
40.23
43.95
lpa
-8.263
-13.01
-18.19
-25.26
-30.50
-34.88
-38.68
-42.12
RatioofPeakcurrent
1.009
1.012
1.017
1.028
1.034
1.037
1.040
1.043
Peak
voltagE
(V)
V1
0.171
0.189
0.191
0.190
0.187
0.186
0.183
0.183
V2
0.242
0.255
0.259
0.262
0.262
0.262
0.262
0.262
Peakvoltage
difference(mV)
71
66
68
72
75
76
79
79
4)Accordingtotheresult,describewhycurvesshowscertaintrend,andhowpeakcurrentandpeakvoltagedifferencechangewithscanrate?
Answer:Fromabovedataandcurve,wecanobtain:
A.Atafixedscanrate:(1).frominitialpositivevoltagetomorereductivevalues,thecurrentbegintoflow,thenreachapeakipeanddecreaseeventually.(2).whenvoltagemovesback,theequilibriumpositionsgraduallyconvertingelectrolysisproduct(Fe²+)backtoreactant(Fe³+),thecurrentflowisfromthesolutionspeciesbacktotheelectrodeandsooccursintheoppositesensetotheforward.Theprocesshasanothercurrentpeakipa.Ithassamereasonoflinearsweepvoltammetry.
B.Atdifferentscanrate,theratioofpeakcurrentip/ipaisaboutequalto1(1.009-1.043).
C.Atdifferentscanrate,thepositionofpeakvoltagedonotaltergreatly△Episaboutaconstant(66--
v(mV/s)
20
50
100
200
300
400
500
600
v1/2(mV/s)¹/2
4.472
7.071
10
14.142
17.321
20
22.361
24.495
Ip(uA)
8.336
13.17
18.50
25.96
31.54
36.17
40.23
43.95
Ep(V)
0.171
0.189
0.191
0.190
0.187
0.186
0.183
0.183
Ep'(mV)
71
66
68
72
75
76
79
79
(1)Ip--V1/2
vn/dI
v¹/2/(mV/s)¹/2
Figure1:PeakcurrentVSradicalsignofscanrate
Interpretation:Itisapparentthatthepeakcurrentislineartoradicalsignofscanrate,whichsatisfythisequation:ip=kv¹/2Co.
Reason:Thiscanberationalisedbyconsideringthesizeofthediffusionlayerandthetimetakentorecordthescan.Clearlythelinearsweepvoltammogramwilltakelongertorecordasthescanrateisdecreased.Thereforethesizeofthediffusionlayerabovetheelectrodesurfacewillbedifferentdependinguponthevoltagescanrateused.Inaslowvoltagescanthediffusionlayerwillgrowmuchfurtherfromtheelectrodeincomparisontoafastscan.Consequentlythefluxtotheelectrodesurfaceisconsiderablysmalleratslowscanratesthanitisatfasterrates.Asthecurrentisproportionaltothefluxtowardstheelectrode,themagnitudeofthecurrentwillbeloweratslowscanratesandhigherathighrates.
(2)E₀--V
Ep(V)
v(mV/s)
Figure2:PeakpotentialVSscanrate
(3)Ep'--v
Ep'(mV)
v(mV/s)
Figure3:thechangeofPeakpotentialVSscanrate
Interpretation:Figure2:showsthatthepositionofthepeakcurrentoccursatthesamevoltage.Figure3:showsthePe
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