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電化學實驗基礎之電極基礎篇（二）三電極體系的結構

來源：本站時間：2020-08-21 11:17:28 瀏覽：40332次

三電極體系結構

三電極體系是我們進行電化學研究中最常用到的裝置。由工作電極、對電極和參比電極組成。在這種情況下，電流在對電極和工作之間流動，可始終控制參比電極和工作電極之間的電位差。工作電極和對電極之間的電位無需測量，通過調整控制放大器以使工作電極和參比電極之間的電位達到用戶的要求。這種兩回路的配置可以同時測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：由對電極、工作電極和電源構成，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反應和極化狀態(tài)。因此，電流回路中測量的是流過工作電極的電流的大小。

電勢回路：由參比電極、工作電極和電位測量儀構成，它的作用是控制或測量工作電極相對于參比電極的電位。

為什么選擇三電極體系？

在電化學測試過程中，我們往往研究的是一個電化學反應的半反應。如果采用兩電極體系的話，我們得到的就是陽極和陰極的電壓-電流曲線，而我們知道一旦體系中有電流通過，電極就會發(fā)生極化，導致電位的變化，這樣的話我們就無法準確的測定研究的半反應是在怎樣的電位下發(fā)生的反應（即工作電極所測到的電位就不準了）。

因此，為了解決這個問題，我們把第三個電極加到體系中來構成三電極體系。這個加入的電極就是參比電極，它的作用就是作為測量目標反應的電極電位的一個基準電極，因此，實際上，測得的工作電極的電位就是相對于參比電極的電勢。而工作電極和對電極構成電流回路，在工作電極和對電極上分別發(fā)生兩個半反應。

電化學實驗基礎之電極基礎篇（二）三電極體系的結構示意圖1

常見的普通三電極電解池與電化學工作站連接示意圖

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)生的電化學反應一般就是我們研究的對象。

一般的工作電極需滿足以下條件：

電極不會與溶劑或電解液組分發(fā)生反應。所研究的電化學反應不會因電極自身所發(fā)生的反應而受到影響，并且能夠在較大的電位范圍中進行測定。電極應該有合適的電極面積以及簡單易操作的電極表面預處理過程。

電化學實驗基礎之電極基礎篇（二）三電極體系的結構示意圖2

整體電極用電極夾

電化學實驗基礎之電極基礎篇（二）三電極體系的結構示意圖3

玻碳電極

在電化學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；在光電催化中還導電玻璃（ITO、FTO、TCO）也是常用工作電極。工作電極的面積如何計算？

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）一起構成工作電極，其工作面積就是其實際浸沒在電解液表面下的催化劑生長或負載的幾何面積。

導電玻璃：

在光電催化中，實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，實際的工作電極的面積應該是接受有效光照的負載了催化劑的面積。

上一篇：電化學實驗基礎之電極基礎篇（一）參比電極的概念

下一篇：電化學實驗基礎之電極基礎篇（三）工作電極/對電極的使用和養(yǎng)護

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