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電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之電極基礎(chǔ)篇（二）三電極體系的結(jié)構(gòu)

來源：本站時(shí)間：2020-08-21 11:17:28 瀏覽：41962次

三電極體系結(jié)構(gòu)

三電極體系是我們進(jìn)行電化學(xué)研究中最常用到的裝置。由工作電極、對(duì)電極和參比電極組成。在這種情況下，電流在對(duì)電極和工作之間流動(dòng)，可始終控制參比電極和工作電極之間的電位差。工作電極和對(duì)電極之間的電位無需測(cè)量，通過調(diào)整控制放大器以使工作電極和參比電極之間的電位達(dá)到用戶的要求。這種兩回路的配置可以同時(shí)測(cè)量工作電極的電極電位和流過電極的電流，得到工作電極的穩(wěn)態(tài)極化曲線。

電流回路：由對(duì)電極、工作電極和電源構(gòu)成，它的作用是保證在工作電極上發(fā)生我們所希望的電化學(xué)反應(yīng)和極化狀態(tài)。因此，電流回路中測(cè)量的是流過工作電極的電流的大小。

電勢(shì)回路：由參比電極、工作電極和電位測(cè)量?jī)x構(gòu)成，它的作用是控制或測(cè)量工作電極相對(duì)于參比電極的電位。

為什么選擇三電極體系？

在電化學(xué)測(cè)試過程中，我們往往研究的是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的半反應(yīng)。如果采用兩電極體系的話，我們得到的就是陽(yáng)極和陰極的電壓-電流曲線，而我們知道一旦體系中有電流通過，電極就會(huì)發(fā)生極化，導(dǎo)致電位的變化，這樣的話我們就無法準(zhǔn)確的測(cè)定研究的半反應(yīng)是在怎樣的電位下發(fā)生的反應(yīng)（即工作電極所測(cè)到的電位就不準(zhǔn)了）。

因此，為了解決這個(gè)問題，我們把第三個(gè)電極加到體系中來構(gòu)成三電極體系。這個(gè)加入的電極就是參比電極，它的作用就是作為測(cè)量目標(biāo)反應(yīng)的電極電位的一個(gè)基準(zhǔn)電極，因此，實(shí)際上，測(cè)得的工作電極的電位就是相對(duì)于參比電極的電勢(shì)。而工作電極和對(duì)電極構(gòu)成電流回路，在工作電極和對(duì)電極上分別發(fā)生兩個(gè)半反應(yīng)。

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之電極基礎(chǔ)篇（二）三電極體系的結(jié)構(gòu)示意圖1

常見的普通三電極電解池與電化學(xué)工作站連接示意圖

工作電極

工作電極往往是我們研究的電極，在工作電極上發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)一般就是我們研究的對(duì)象。

一般的工作電極需滿足以下條件：

電極不會(huì)與溶劑或電解液組分發(fā)生反應(yīng)。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范圍中進(jìn)行測(cè)定。電極應(yīng)該有合適的電極面積以及簡(jiǎn)單易操作的電極表面預(yù)處理過程。

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之電極基礎(chǔ)篇（二）三電極體系的結(jié)構(gòu)示意圖2

整體電極用電極夾

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之電極基礎(chǔ)篇（二）三電極體系的結(jié)構(gòu)示意圖3

玻碳電極

在電化學(xué)中常見的工作電極有玻碳電極、泡沫金屬等用電極夾固定的集流體電極；在光電催化中還導(dǎo)電玻璃（ITO、FTO、TCO）也是常用工作電極。工作電極的面積如何計(jì)算？

玻碳電極：

玻碳電極的有效工作面積只有中心的玻碳表面，該面積由玻碳電極中心玻碳部分的直徑?jīng)Q定，由圓的面積計(jì)算公式S=πr^2=1/4(π〖rd〗^2)，所以玻碳部分的半徑是玻碳電極重要的參數(shù)之一。

泡沫金屬等整體電極：

這類電極包括金屬箔、金屬網(wǎng)、泡沫金屬、碳紙、碳布等，這類電極通常需要與電極夾（常用鉑絲或鉑片電極夾）一起構(gòu)成工作電極，其工作面積就是其實(shí)際浸沒在電解液表面下的催化劑生長(zhǎng)或負(fù)載的幾何面積。

導(dǎo)電玻璃：

在光電催化中，實(shí)際工作電極的面積既取決于玻璃片幾何尺寸又和光斑大小有關(guān)，實(shí)際的工作電極的面積應(yīng)該是接受有效光照的負(fù)載了催化劑的面積。

上一篇：電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之電極基礎(chǔ)篇（一）參比電極的概念

下一篇：電化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之電極基礎(chǔ)篇（三）工作電極/對(duì)電極的使用和養(yǎng)護(hù)

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