整体电解法(BE)


整体电解(BE)的原理非常简单。如果在电解开始时间仅有氧化态的物质分子存在,可以将电位设置在足够快速还原的负值并保持该电位值,直到溶液中只有还原态的物质。根据法拉第定律,在BE实验过程中通过的总的电荷量 (Q) 与最初存在的氧化态子物质分子的摩尔数 (N) 以及单个分子的电子转移数 (n) 有关。其中 F 是法拉第常数 (96,500C / mol)。因此,如果 n 或 N 的其中一个已知,则可以计算出另一个的值。BE法可以应用于分析和合成的两个方向。

图16-1 BE 电位波形
图16-1 BE 电位波形
用于整体电解BE法的电解池不同于伏安法实验用的的电解反应池(伏安法只是电解了一小部分感兴趣的电化学活性分子)。BE整体电解法需要通过使用具有大表面积的工作电极(例如铂丝网或水银池)和具有大表面积的对电极(例如铂金线圈或丝网)来提高电解速率。
搅拌溶液可以增加工作电极上物质分子进出的传质速率。应尽量将对电极与工作电极隔离,以防止对电极上的电解产物对工作电极上的电解产物产生干扰。应注意选择用于工作电极与对电极间的隔离材料。如果使用了电阻高的隔离材料,会影响电解效率。

在 BE 实验之前需要选定电解电位。对于还原反应,理想电位应该在氧化还原电位的-200 mV(例如通过循环伏安法测量)处设定。电解速率取决于工作电极上的传质速率。但是,如果其他电化学活性物质(例如,电解液、溶剂和溶液中的其他成分)的电解电位比较近的话,则可能无法使用离氧化还原电位太远的电位。

在 BE 实验过程中,控制软件显示窗口上将显示实验时间。对于每个数据采集时间间隔,在此期间通过的电流和到该点的总电量都显示在软件显示窗口上。还会显示每个采样间隔与第一个采样间隔的平均电流比值。该电流比值是确定电解程度的重要标准。也就是说当该比值达到1%(剩余电流,即背景电流)时,一般认为电解已经完成。最终的电流比例(默认值为1%)也可由用户按需设置。图16-2和图16-3分别为电荷与时间关系,电流与时间关系的结果图。
图16-2 典型的BE电荷与时间关系图
图16-2 典型的BE电荷与时间关系图

图16-3 典型的BE电流与时间关系图
图16-3 典型的BE电流与时间关系图
最近更新时间 2022/01/17