[发明专利]一种电极反应参数的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及了一种测定电极反应参数的方法，特别是使用循环伏安法测定电极反应参数的方法。

背景技术

许多电极反应受物质扩散控制，扩散是由于一个电化学势的梯度所引起的，扩散电流反应电活性物质在电极表面流量的扩散部分。微观观点-非连续源模型中，认为扩散系数D₀是一个与步长和步骤频率有关的常数，再结合费克扩散定律，我们在得到了扩散系数后就可知道反应物浓度随时间变化的规律，用于指导我们选择最佳的反应条件。反应速率常数反应了化学反应进行的快慢，计算得到反应速率常数可以知道单位时间内电极表面反应物浓度的减少或生成物浓度的增加量。找到适合的反应条件来控制电化学反应，加快反应速率，以增加化学反应产物的产量。计算得到反应活化能可以指导反应吸热或者放热的多少，知道反应活化能可以为我们选择最优化反应提供理论根据，以满足生产和科学技术的要求。

扩散系数是热力学数据，反应速率常数和反应活化能是基础的动力学数据。这些基础的化学反应数据可以用于分析电极反应机理及规律，因此获得这些基础电极反应数据是一项必须的基础的研究工作。

循环伏安法是电化学领域中十分重要的研究方法。该方法通过控制电极电势，采用不同的速率以三角波形一次或者多次反复扫描，电势变化使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流电势曲线。循环伏安法得到循环伏安曲线，根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度、中间体、相界吸附或新相形成的可能性、以及偶联化学反应的性质等。通过对循环伏安曲线的分析，可以计算出扩散系数D₀、反应活化能E_a、速率常数k_s等。然而使用循环伏安法得到的数据零散且数据量较大，后期处理困难。目前，一般的后期数据处理均是采用Excel计算或者通过一些数据处理软件与操作软件相结合的方法。这些方法具有一些缺点：

(1)依赖的数据处理软件如Origin或MATLAB价格昂贵。

(2)数据处理软件版本较多，可能造成与操作软件不兼容的问题而无法使用。

(3)操作软件与数据处理软件有些不具有跨平台功能，只能用于部分操作系统，部分计算机无法使用。

(4)数据还需要手动输入或者调整(如氧化峰还原峰电流电位)，增加了工作量与人工误差，计算结果准确性依赖于操作者专业技术水平。

与本发明相关的公开文献包括：

[1]马雅琳,沈宁一,尹爱君,黄志学.循环伏安法数据采集及处理系统[J].湘潭大学自然科学学报,2000,6；

[2]莫玲芝,王如龙,张锦.基于VB和Matlab的电化学实验数据处理系统的设计与实现[J].计算机与应用化学，2011,28(2):253-256。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能方便地测得电化学反应参数和降低工作量的电极反应参数的测定方法。

本发明的目的是这样实现的：

将三电极体系反应装置的三电极接入电化学工作站，使用循环伏安法测量出初始数据，对初始数据进行处理，得到电化学反应参数和数据关系图形；所述对初始数据进行处理具体包括：首先批量读入文件，然后采用四层数据结构存储读入的数据，并从文件名称中读取温度和扫描速率的信息，全部读入并存储完毕后，进行数据校正和预处理，进而根据校正后的结果进行绘图，判断反应类型，并结合计算公式得到扩散系数、反应活化能、速率常数数据，最后显示出计算结果与图片。

本发明还可以包括：

1、所述使用循环伏安法测量出初始数据具体包括：工作电极为金属电极、参比电极为金属丝、对电极为金属片，将三电极体系反应装置与电化学工作站的导线相连接，启动电化学工作站，设置自动测量参数，等待测量完毕，测量完毕后，将数据导出，并将文件名称设置为“其他-摄氏温度-速率-其他.txt”的格式，其中，“其他”为任意设定的名称；“摄氏温度”为实验的温度，单位为℃；“速率”为循环伏安曲线的扫描速度，单位为v/s。

2、所述批量读入文件具体包括：首先设置数据存储结构为四层数据结构，

第一层为数据点p，存储循环伏安曲线上每个点对应的电流值与电位值；

第二层为数据链dataInput，每一条循环伏安曲线组成一条数据链dataInput，一条数据链dataInput存储该循环伏安曲线的所有数据点p；

第三层为数据组dataGroup，一个数据组dataGroup存储有温度相同循环伏安曲线的数据，即所有的dataInput数据链；