CN113758987B - 一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法 - Google Patents
一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113758987B CN113758987B CN202110922212.5A CN202110922212A CN113758987B CN 113758987 B CN113758987 B CN 113758987B CN 202110922212 A CN202110922212 A CN 202110922212A CN 113758987 B CN113758987 B CN 113758987B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic field
- potential
- current density
- under
- reaction rate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 66
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 230000005426 magnetic field effect Effects 0.000 title claims abstract description 24
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 66
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 22
- 238000010349 cathodic reaction Methods 0.000 claims description 20
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims description 20
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 12
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims 3
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 9
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 5
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 4
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000001453 impedance spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Manufacturing Of Magnetic Record Carriers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，属于磁电化学技术领域。该方法包括：电极体系准备，工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，自腐蚀电位测定，无磁场时测定工作电极的极化电流密度i0T，然后施加磁场强度为0.05‑1.2T的磁场，测定磁场条件下在相同极化电位下的电流密度iMag；计算磁致电流密度Δi：Δi为相同电位下iMag和i0T的差值；由磁致电流密度Δi与电位关系判断阴极反应速率控制步骤。上述实施例在电化学体系中引入磁场，通过观察Δi判断阴极反应的速率控制步骤，是一种简单、精确、对体系状态要求低的检测电化学过程中阴极反应速率控制步骤的方法。
Description
技术领域
本发明属于磁电化学技术领域，具体涉及一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法。
背景技术
任何一个电极反应都包含一系列互相连续的步骤，其中阻力最大，决定整个电极反应过程速度的最慢的步骤称为电极反应过程的速度控制步骤，整个电极反应所表现出的动力学特征与这个最慢步骤的动力学特征相同。因此，准确的判定电极反应的速率控制步骤可以有效地改善整个化学反应的速度，从而达致更高的产率。目前判断电极反应速率控制步骤的方法主要有电化学阻抗谱测试，动电位极化测试等。电化学阻抗谱是一种稳态测试，需要体系达到相对稳定的状态，EIS对于处在非稳态状态下的体系较难测量，EIS测量对体系状态要求较高；动电位极化曲线是一种累计的结果，随着极化电位的增大，影响电极反应的因素增大，从动电位极化曲线得到的扩散控制区的电位区间也需要进一步精确。在此背景下，开发一种简单，精确，对体系状态要求低的检测电化学过程中阴极反应速率控制步骤的方法十分必要。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，在电化学测试过程中，磁场对由电子转移控制的电极反应无明显影响而对物质传输步骤控制的电极反应具有显著影响，本发明通过在电化学体系中施加磁场判断阴极反应的速率控制，从而实现简单、精确、对体系状态要求低的检测电化学过程中阴极反应速率控制。
为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一、电极体系准备:
工作电极、参比电极和对电极构成三电极体系，并与电化学工作站接通，组成电极体系；
步骤二、自腐蚀电位测量：
将电极体系的工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态，并记录其数值；
步骤三、极化电流密度测定：
在无磁场时，工作电极在某电位下极化，待极化电流密度稳定后记录其数值i0T；在施加磁场时，外加磁场强度为0.05-1.2T，观察并记录磁场条件下在相同电位下的极化电流密度iMag；
步骤四、磁致电流密度计算：
在同一极化电位下，施加磁场和无磁场条件下的极化电流密度的差值即为磁致电流密度Δi，Δi＝iMag-iaT；
步骤五、判断速率控制步骤：
①在磁致电流密度与电位关系曲线上存在一段电位区间，比较此电位区间中任意两电位下的磁致电流密度Δi，若变化率小于等于6％，此电位范围阴极反应速率由物质传输步骤控制；
②在某电位下Δi数值在±0.02mA/cm2范围，且此电位Δi不位于①中所述的电位区间，则此电位下阴极反应速率控制步骤为电子转移；
③在其余Δi数值范围，则阴极反应速率由电子转移与物质传输步骤共同控制。
优选地，基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法所有过程的实验温度为同一温度。
进一步优选地，所有过程的温度为室温25±1℃。
优选地，基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法的任一电位下的极化电流密度重复测定3次以上。
作为一种优选地技术方案，在所述步骤三～步骤五中，外加磁场强度为0.05T-0.4T。
作为另一种优选地技术方案，在所述步骤三～步骤五中，外加磁场强度为0.4-0.8T。
作为还有一种优选地技术方案，在所述步骤三～步骤五中，外加磁场强度为0.8T-1.2T。
优选地，在所述步骤一中，工作电极为纯Fe电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片电极。
优选地，在所述步骤二中，工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值时，采用腐蚀性溶液为浓度为0.05～0.1mol/L的Fe2(SO4)3，浸泡时间为1.0～1.5h，自腐蚀电位为-505～-470mV。
优选地，在所述步骤三中，无磁场条件下，工作电极在某电位下恒电位极化，待电流密度稳定后记录其数值i0T，施加磁场，观察并记录磁场条件下在相同极化电位下的极化电流密度iMag；极化时间为无磁场条件下极化200s，磁场条件下极化200s；磁场强度为0.4T。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明通过在电化学体系中施加磁场，能精确判断阴极反应的速率控制步骤，针对特定的速率控制步骤进行调控，以达到有效地实现加速或者减缓电化学反应的目的；
2.本发明测量可重复性好，测量过程易于控制；
3.本发明方法简单易行，成本低，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例一Fe在0.05mol/LFe2(SO4)3溶液中的恒电位极化结果图，磁场强度为0.4T。
图2为本发明实施例一Fe在0.05mol/LFe2(SO4)3溶液中的极化曲线和磁致电流密度结果图,磁场强度为0.4T。
图3为本发明实施例二Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中的恒电位极化结果图,磁场强度为0.4T。
图4为本发明实施例二Fe在0.1mol/L Fe2(SO4)3溶液中的极化曲线和磁致电流密度结果图,磁场强度为0.4T。
图5为本发明实施例三Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中的恒电位极化结果图,磁场强度为0.05T。
图6为本发明实施例三Fe在0.1mol/L Fe2(SO4)3溶液中的极化曲线和磁致电流密度结果图,磁场强度为0.05T。
图7为本发明实施例四Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中的恒电位极化结果图,磁场强度为0.8T。
图8为本发明实施例四Fe在0.1mol/L Fe2(SO4)3溶液中的极化曲线和磁致电流密度结果图,磁场强度为0.8T。
图9为本发明实施例五Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中的恒电位极化结果图,磁场强度为1.2T。
图10为本发明实施例五Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中的极化曲线和磁致电流密度结果图,磁场强度为1.2T。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者采用等同替换或等效变化的方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围。
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种基于磁场效应确定阴极反应速率控制步骤的方法，实验温度为25±1℃；本实施例方法包括如下步骤：
步骤一：电极体系准备
工作电极、参比电极和辅助电极构成三电极体系，并与电化学工作站接通；工作电极为纯Fe，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片；
步骤二：自腐蚀电位测量
工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值；溶液为0.05mol/LFe2(SO4)3，浸泡时间为1.5h，自腐蚀电位为-500±5mV；
步骤三：极化电流密度测定
无磁场条件下，工作电极在某电位下恒电位极化，待电流密度稳定后记录其数值i0T，施加磁场，观察并记录磁场条件下在相同极化电位下的极化电流密度iMag；极化时间为无磁场条件下极化200s，磁场条件下极化200s；磁场强度为0.4T；具体极化电位为0mVOCP，-25mVOCP，-50mVOCP，-75mVOCP，-100mVOCP，-125mVOCP，150mVOCP，-175mVOCP，-200mVOCP。Fe在0.05mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的恒电位极化结果如图1所示；
步骤四：磁致电流密度计算
同一极化电位下，无磁场和施加磁场条件下的极化电流密度的差值即为磁致电流密度Δi，Δi＝iMag-i0T。Fe在0.05mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度结果如图2和表1所示；
表1中的0T和0.4T条件下，Fe在0.05mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度：
表1.实施例一Fe在0.05mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度结果
步骤五：判断速率控制步骤
①在磁致电流密度与电位关系曲线上存在一段电位区间，比较此电位区间中任意两电位下的磁致电流密度Δi，若变化率小于等于6％，此电位范围阴极反应速率由物质传输步骤控制；
②某电位下Δi数值在±0.02mA/cm2范围且此电位不位于①中所述的电位区间，此电位下阴极反应速率控制步骤为电子转移；
③其它Δi数值范围，阴极反应速率由电子转移与物质传输步骤共同控制。
本实施例Fe在0.05mol/LFe2(SO4)3溶液中在-100mVOCP～-150mVOCP电位区间磁致电流密度Δi的变化率小于6％，阴极反应速率控制步骤由物质传输步骤控制，其余电位下，如0mVOCP～-50mVOCP或-175mVOCP～-250mVOCP，Δi在此电位区间的变化率大于6％且在此电位区间的任一电位下的Δi数值大于0.02mA/cm2，所以阴极反应由电子转移和物质传输步骤共同控制。本实施例通过在电化学体系中施加磁场，能精确判断阴极反应的速率控制步骤，针对特定的速率控制步骤进行调控，以达到有效地实现加速或者减缓电化学反应的目的。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种基于磁场效应确定阴极反应速率控制步骤的方法所述方法，实验温度为25±1℃；本实施例方法包括如下步骤：
步骤一：电极体系准备
工作电极、参比电极和辅助电极构成三电极体系，并与电化学工作站接通；工作电极为纯Fe，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片；
步骤二：自腐蚀电位测量
工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值；溶液为0.1mol/LFe2(SO4)3，浸泡时间1h，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值，自腐蚀电位为-475±5mV；
步骤三：极化电流密度测定
无磁场时，工作电极在某电位下恒电位极化，待电流密度稳定后记录其数值i0T，施加磁场，观察并记录磁场条件下在相同极化电位下的极化电流密度iMag；极化时间为无磁场条件下极化200s，磁场条件下极化200s；磁场强度为0.4T；具体极化电位为0mVOCP，-50mVOCP，-60mVOCP，-65mVOCP，-70mVOCP，-75mVOCP，80mVOCP，-85mVOCP，-90mVOCP，-100mVOCP，-110mVOCP，-125mVOCP，-135mVOCP，-150mVOCP；Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的恒电位极化结果如图3所示；
步骤四：磁致电流密度计算
同一极化电位下，无磁场和施加磁场条件下的极化电流密度的差值即为磁致电流密度Δi，Δi＝iMag-i0T。Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中极化曲线及不同电位下恒电位极化时的磁致电流密度结果如图4和表2所示；
表2中的0T和0.4T条件下，Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度：
表2.实施例二Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度结果
步骤五：判断速率控制步骤
①在磁致电流密度与电位关系曲线上存在一段电位区间，比较此电位区间中任意两电位下的磁致电流密度Δi，若变化率小于等于6％，此电位范围阴极反应速率由物质传输步骤控制；
②某电位下Δi数值在±0.02mA/cm2范围且此电位不位于①中所述的电位区间，此电位下阴极反应速率控制步骤为电子转移；
③其它Δi数值范围，阴极反应速率由电子转移与物质传输步骤共同控制。
本实施例Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中在-60mVOCP～-100mVOCP电位区间磁致电流密度Δi的变化率小于6％，阴极反应速率控制步骤由物质传输步骤控制，其余电位下，例如0mVOCP～-50mVOCP或-110mVOCP～-150mVOCP，Δi在此电位区间的变化率大于6％并且在此电位区间的任一电位下的Δi数值大于0.02mA/cm2，所以阴极反应由电子转移和物质传输步骤共同控制。本实施例通过在电化学体系中施加磁场，能精确判断阴极反应的速率控制步骤，针对特定的速率控制步骤进行调控，以达到有效地实现加速或者减缓电化学反应的目的。
实施例三
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种基于磁场效应确定阴极反应速率控制步骤的方法所述方法，实验温度为25±1℃；本实施例方法包括如下步骤：
步骤一：电极体系准备
工作电极、参比电极和辅助电极构成三电极体系，并与电化学工作站接通；工作电极为纯Fe，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片；
步骤二：自腐蚀电位测量
工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值；溶液为0.1mol/LFe2(SO4)3，浸泡时间1h，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值，自腐蚀电位为-475±5mV；
步骤三：极化电流密度测定
无磁场时，工作电极在某电位下恒电位极化，待电流密度稳定后记录其数值i0T，施加磁场，观察并记录磁场条件下在相同极化电位下的极化电流密度iMag；极化时间为无磁场条件下极化200s，磁场条件下极化200s；磁场强度为0.05T；具体极化电位为0mVOCP，-30mVOCP，-50mVOCP，-60mVOCP，-70mVOCP，-80mVOCP，90mVOCP，-100mVOCP，-110mVOCP，-120mVOCP，；Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的恒电位极化结果如图5所示；
步骤四：磁致电流密度计算
同一极化电位下，无磁场和施加磁场条件下的极化电流密度的差值即为磁致电流密度Δi，Δi＝iMag-i0T；Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中极化曲线及不同电位下恒电位极化时的磁致电流密度结果如图6和表3所示；
表3中的0T和0.05T条件下，Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度：
表3.实施例三Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度结果
步骤五：判断速率控制步骤
①在磁致电流密度与电位关系曲线上存在一段电位区间，比较此电位区间中任意两电位下的磁致电流密度Δi，若变化率小于等于6％，此电位范围阴极反应速率由物质传输步骤控制；
②某电位下Δi数值在±0.02mA/cm2范围且此电位不位于①中所述的电位区间，此电位下阴极反应速率控制步骤为电子转移；
③其它Δi数值范围，阴极反应速率由电子转移与物质传输步骤共同控制。
本实施例Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中在-60mVOCP～-100mVOCP电位区间磁致电流密度Δi的变化率小于6％，阴极反应速率控制步骤由物质传输步骤控制，其余电位下，0mVOCP～-50mVOCP或-110mVOCP～-120mVOCP，Δi在此电位区间的变化率大于6％并且在此电位区间的任一电位下的Δi数值大于0.02mA/cm2，所以阴极反应由电子转移和物质传输步骤共同控制。本实施例通过在电化学体系中施加磁场，能精确判断阴极反应的速率控制步骤，针对特定的速率控制步骤进行调控，以达到有效地实现加速或者减缓电化学反应的目的。
实施例四
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种基于磁场效应确定阴极反应速率控制步骤的方法所述方法，实验温度为25±1℃；本实施例方法包括如下步骤：
步骤一：电极体系准备
工作电极、参比电极和辅助电极构成三电极体系，并与电化学工作站接通；工作电极为纯Fe，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片；
步骤二：自腐蚀电位测量
工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值；溶液为0.1mol/LFe2(SO4)3，浸泡时间1h，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值，自腐蚀电位为-475±5mV；
步骤三：极化电流密度测定
无磁场时，工作电极在某电位下恒电位极化，待电流密度稳定后记录其数值i0T，施加磁场，观察并记录磁场条件下在相同极化电位下的极化电流密度iMag；极化时间为无磁场条件下极化200s，磁场条件下极化200s；磁场强度为0.8T；具体极化电位为0mVOCP，-30mVOCP，-50mVOCP，-60mVOCP，-70mVOCP，-80mVOCP，90mVOCP，-100mVOCP，-110mVOCP，-120mVOCP，-130mVOCP；Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的恒电位极化结果如图7所示；
步骤四：磁致电流密度计算
同一极化电位下，无磁场和施加磁场条件下的极化电流密度的差值即为磁致电流密度Δi，Δi＝iMag-i0T；Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中极化曲线及不同电位下恒电位极化时的磁致电流密度结果如图8和表4所示；
表4中的0T和0.8T条件下，Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度：
表4.实施例四Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度结果
步骤五：判断速率控制步骤
①在磁致电流密度与电位关系曲线上存在一段电位区间，比较此电位区间中任意两电位下的磁致电流密度Δi，若变化率小于等于6％，此电位范围阴极反应速率由物质传输步骤控制；
②某电位下Δi数值在±0.02mA/cm2范围且此电位不位于①中所述的电位区间，此电位下阴极反应速率控制步骤为电子转移；
③其它Δi数值范围，阴极反应速率由电子转移与物质传输步骤共同控制。
本实施例Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中在-60mVOCP～-100mVOCP电位区间磁致电流密度Δi的变化率小于6％，阴极反应速率控制步骤由物质传输步骤控制，其余电位下，0mVOCP～-50mVOCP或-110mVOCP～-130mVOCP，Δi在此电位区间的变化率大于6％并且在此电位区间的任一电位下的Δi数值大于0.02mA/cm2，所以阴极反应由电子转移和物质传输步骤共同控制。本实施例通过在电化学体系中施加磁场，能精确判断阴极反应的速率控制步骤，针对特定的速率控制步骤进行调控，以达到有效地实现加速或者减缓电化学反应的目的。
实施例五
本实施例与上述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种基于磁场效应确定阴极反应速率控制步骤的方法所述方法，实验温度为25±1℃；本实施例方法包括如下步骤：
步骤一：电极体系准备
工作电极、参比电极和辅助电极构成三电极体系，并与电化学工作站接通；工作电极为纯Fe，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片；
步骤二：自腐蚀电位测量
工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值；溶液为0.1mol/LFe2(SO4)3，浸泡时间1h，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值，自腐蚀电位为-475±5mV；
步骤三：极化电流密度测定
无磁场时，工作电极在某电位下恒电位极化，待电流密度稳定后记录其数值i0T，施加磁场，观察并记录磁场条件下在相同极化电位下的极化电流密度iMag；极化时间为无磁场条件下极化200s，磁场条件下极化200s；磁场强度为1.2T；具体极化电位为0mVOCP，-30mVOCP，-50mVOCP，-60mVOCP，-70mVOCP，-80mVOCP，90mVOCP，-100mVOCP，-110mVOCP，-120mVOCP，-130mVOCP；Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的恒电位极化结果如图9所示；
步骤四：磁致电流密度计算
同一极化电位下，无磁场和施加磁场条件下的极化电流密度的差值即为磁致电流密度Δi，Δi＝iMag-i0T；Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中极化曲线及不同电位下恒电位极化时的磁致电流密度结果如图10和表5所示；
表5中的0T和1.2T条件下，Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度：
表5.实施例五Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中不同电位下的电流密度及磁致电流密度结果
步骤五：判断速率控制步骤
①在磁致电流密度与电位关系曲线上存在一段电位区间，比较此电位区间中任意两电位下的磁致电流密度Δi，若变化率小于等于6％，此电位范围阴极反应速率由物质传输步骤控制；
②某电位下Δi数值在±0.02mA/cm2范围且此电位不位于①中所述的电位区间，此电位下阴极反应速率控制步骤为电子转移；
③其它Δi数值范围，阴极反应速率由电子转移与物质传输步骤共同控制。
本实施例Fe在0.1mol/LFe2(SO4)3溶液中在-60mVOCP～-100mVOCP电位区间磁致电流密度Δi的变化率小于6％，阴极反应速率控制步骤由物质传输步骤控制，其余电位下，0mVOCP～-50mVOCP或-110mVOCP～-130mVOCP，Δi在此电位区间的变化率大于6％并且在此电位区间的任一电位下的Δi数值大于0.02mA/cm2，所以阴极反应由电子转移和物质传输步骤共同控制。本实施例通过在电化学体系中施加磁场，能精确判断阴极反应的速率控制步骤，针对特定的速率控制步骤进行调控，以达到有效地实现加速或者减缓电化学反应的目的。
综上所述，上述实施例基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，属于磁电化学技术领域。该方法包括：电极体系准备，工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，自腐蚀电位测定，无磁场时测定工作电极的极化电流密度i0T，然后施加磁场强度为0.05-1.2T的磁场，测定磁场条件下在相同极化电位下的电流密度iMag；计算磁致电流密度Δi：Δi为相同电位下iMag和i0T的差值；由磁致电流密度Δi与电位关系判断阴极反应速率控制步骤。上述实施例在电化学体系中引入磁场，通过观察Δi判断阴极反应的速率控制步骤，是一种简单、精确、对体系状态要求低的检测电化学过程中阴极反应速率控制步骤的方法。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一、电极体系准备：
工作电极、参比电极和对电极构成三电极体系，并与电化学工作站接通，组成电极体系；工作电极为Fe电极；
步骤二、自腐蚀电位测量：
将电极体系的工作电极在腐蚀溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态，并记录其数值；腐蚀性溶液为Fe2(SO4)3溶液；
步骤三、极化电流密度测定：
在无磁场时，工作电极在某电位下极化，待极化电流密度稳定后记录其数值i0T；在施加磁场时，外加磁场强度为0.05-1.2T，观察并记录磁场条件下在相同电位下的极化电流密度iMag；
步骤四、磁致电流密度计算：
在同一极化电位下，施加磁场和无磁场条件下的极化电流密度的差值即为磁致电流密度Δi，Δi＝iMag-iOT；
步骤五、判断速率控制步骤：
①在磁致电流密度与电位关系曲线上存在一段电位区间，比较此电位区间中任意两电位下的磁致电流密度Δi，若变化率小于等于6％，此电位范围阴极反应速率由物质传输步骤控制；
②在某电位下Δi数值在±0.02mA/cm2范围，且此电位Δi不位于①中所述的电位区间，则此电位下阴极反应速率控制步骤为电子转移；
③在其余Δi数值范围，则阴极反应速率由电子转移与物质传输步骤共同控制。
2.根据权利要求1所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：所有过程的实验温度为同一温度。
3.根据权利要求2所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：所有过程的温度为室温25±1℃。
4.根据权利要求1所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：任一电位下的极化电流密度重复测定3次以上。
5.根据权利要求1所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：在所述步骤三～步骤五中，外加磁场强度为0.05T-0.4T。
6.根据权利要求1所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：在所述步骤三～步骤五中，外加磁场强度为0.4-0.8T。
7.根据权利要求1所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：在所述步骤三～步骤五中，外加磁场强度为0.8T-1.2T。
8.根据权利要求1所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：在所述步骤一中，工作电极为纯Fe电极，参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片电极。
9.根据权利要求1所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：在所述步骤二中，工作电极在腐蚀性溶液中浸泡，溶液中阴极去极化剂为带电荷型物质，待自腐蚀电位达到稳定状态记录其数值时，采用腐蚀性溶液为浓度为0.05～O.1mol/L的Fe2(SO4)3，浸泡时间为1.0～1.5h，自腐蚀电位为-505～-470mV。
10.根据权利要求1所述的基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法，其特征在于：在所述步骤三中，无磁场条件下，工作电极在某电位下恒电位极化，待电流密度稳定后记录其数值i0T，施加磁场，观察并记录磁场条件下在相同极化电位下的极化电流密度iMag；极化时间为无磁场条件下极化200s，磁场条件下极化200s；磁场强度为0.4T。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110922212.5A CN113758987B (zh) | 2021-08-12 | 2021-08-12 | 一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110922212.5A CN113758987B (zh) | 2021-08-12 | 2021-08-12 | 一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113758987A CN113758987A (zh) | 2021-12-07 |
| CN113758987B true CN113758987B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=78789089
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110922212.5A Active CN113758987B (zh) | 2021-08-12 | 2021-08-12 | 一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113758987B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1520365A (en) * | 1976-09-02 | 1978-08-09 | Tioxide Group Ltd | Erosion control of an arc electrode |
| JPH06308079A (ja) * | 1993-04-27 | 1994-11-04 | Toppan Printing Co Ltd | エッチング反応速度の評価方法 |
| WO2014114986A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | L Ferreira Jr Moacir | Multiphase nuclear fusion reactor |
| CN104911686A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-09-16 | 上海大学兴化特种不锈钢研究院 | 提高304l不锈钢耐点蚀性能的磁调控表面处理方法 |
| CN105268388A (zh) * | 2015-09-14 | 2016-01-27 | 江南大学 | 一种循环式磁电感应反应系统及其应用 |
| KR101966784B1 (ko) * | 2017-10-12 | 2019-04-10 | 한국에너지기술연구원 | 과산화수소 연속 생성 장치 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10591405B2 (en) * | 2016-05-03 | 2020-03-17 | GM Global Technology Operations LLC | Electrochemical testing for corrosion analysis |
| EP3485068A4 (en) * | 2016-07-13 | 2020-04-22 | Iontra LLC | ELECTROCHEMICAL PROCESSES, DEVICES AND COMPOSITIONS |
-
2021
- 2021-08-12 CN CN202110922212.5A patent/CN113758987B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1520365A (en) * | 1976-09-02 | 1978-08-09 | Tioxide Group Ltd | Erosion control of an arc electrode |
| JPH06308079A (ja) * | 1993-04-27 | 1994-11-04 | Toppan Printing Co Ltd | エッチング反応速度の評価方法 |
| WO2014114986A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | L Ferreira Jr Moacir | Multiphase nuclear fusion reactor |
| CN104911686A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-09-16 | 上海大学兴化特种不锈钢研究院 | 提高304l不锈钢耐点蚀性能的磁调控表面处理方法 |
| CN105268388A (zh) * | 2015-09-14 | 2016-01-27 | 江南大学 | 一种循环式磁电感应反应系统及其应用 |
| KR101966784B1 (ko) * | 2017-10-12 | 2019-04-10 | 한국에너지기술연구원 | 과산화수소 연속 생성 장치 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| HCO_3~-对J55钢腐蚀行为的影响;张军;赵文轸;来维亚;;材料保护(02);全文 * |
| 含重铬酸根硫酸溶液中磁场对铁自腐蚀状态及极化电阻的影响;吕战鹏, 黄德伦, 杨武, 赵国珍;中国腐蚀与防护学报(04);全文 * |
| 磁场和Fe~（3＋）对铁在0．5mol／LH_2SO_4中阴极极化行为的影响;吕战鹏，陈俊明;中国腐蚀与防护学报(01);全文 * |
| 磁场对铜在含三价铁离子硫酸溶液中的腐蚀行为的影响;吕战鹏, 杨武, 黄德伦, 赵国珍;中国腐蚀与防护学报(03);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113758987A (zh) | 2021-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Delahay | Theory of Polarographic Currents Controlled by Rate of Reaction and by Diffusion1 | |
| Pournaghi-Azar et al. | Electrocatalytic characteristics of ascorbic acid oxidation at nickel plated aluminum electrodes modified with nickel pentacyanonitrosylferrate films | |
| Niwa et al. | Electrochemical behavior of reversible redox species at interdigitated array electrodes with different geometries: consideration of redox cycling and collection efficiency | |
| Mell et al. | Amperometric response enhancement of the immobilized glucose oxidase enzyme electrode | |
| Benito et al. | Study by EQCM on the voltammetric electrogeneration of poly (neutral red). The effect of the pH and the nature of cations and anions on the electrochemistry of the films | |
| CN113758987B (zh) | 一种基于磁场效应测定阴极反应速率控制步骤的方法 | |
| CN110057895B (zh) | 两电极Clark型微量溶解氧传感器极化参数的优化方法 | |
| Sun et al. | Nitrate ion‐selective sensor based on electrochemically prepared conducting polypyrrole films | |
| Murphy et al. | Measurement in vitro of human plasma glycerol with a hydrogen peroxide detecting microdialysis enzyme electrode | |
| Brown et al. | Effect of flow rates on localized corrosion behavior of 304 stainless steel in ozonated 0.5 N NaCl | |
| Lemmer et al. | Proton coupled electron transfer of ubiquinone Q 2 incorporated in a self-assembled monolayer | |
| US4067783A (en) | Gold electroplating process | |
| Christensen et al. | Reductive potentiometric stripping analysis | |
| Mišlov et al. | Measurement of dissolved hydrogen concentration with clark electrode | |
| Hibi et al. | Enzymatic assay of histamine by amperometric detection of H2O2 with a peroxidase-based sensor | |
| Tian et al. | Study on electrocatalytic oxidation of NADH by ferrocene derivatives and determination of catalytic rate constant at microdisk electrode | |
| Hill | The kinetics of the initial corrosion of copper in aqueous solutions | |
| Wu et al. | Biosensor Based on Malic Dehydrogenase Immobilized in a CdS-Graphene-Chitosan Nanocomposite for Root-Exuded Malic Acid Determination | |
| JPS56140898A (en) | Novel method for determination of number of living bacterial cell | |
| CN114486714B (zh) | 一种燃料电池金属双极板的梯形电位加速测试方法 | |
| Hryniewicz | On discrepancies between theory and practice of electropolishing | |
| Piercy et al. | The indium electrode in chloride electrolytes: A kinetic study | |
| JPH0798296A (ja) | 無電解銅めっき液中の添加剤の濃度測定法 | |
| JPS59155749A (ja) | 塗装金属板の腐食試験方法 | |
| KR950006486Y1 (ko) | 강(綱)중의 수소함량 측정장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |