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CV/赝电容分析: 取中点电流值分别计算正负扫

CV/赝电容分析: 取中点电流值分别计算正负扫

CV/赝电容分析: 取中点电流值分别计算正负扫

本 Workflow 基于 CV 提取: 辰华仪器CV 提取: DIGISIM 的输出数据,通过对不同扫速下中点电位处的电流进行幂律拟合,分别计算正向(阳极)和负向(阴极)扫描的 bb 值,用于判断电极反应的动力学控制机制。

前置条件

需先执行 CV 提取: 辰华仪器CV 提取: DIGISIM 完成 CV 数据提取。输入文件夹中应包含多个不同扫速下的 CV 提取结果(Excel 文件),以确保拟合具有统计意义。

操作步骤

  1. 选择输入文件夹:在文件选择器中选择存放 CV 提取: 辰华仪器CV 提取: DIGISIM 输出的、包含不同扫速 CV 数据的文件夹。
  2. 系统自动提取中点电流、执行拟合计算,并生成双对数坐标下的动力学分析图。

科学原理

幂律关系

在循环伏安法中,峰电流(或特定电位下的电流)ii 与扫描速率 ν\nu 之间满足幂律关系:

i=aνbi = a \cdot \nu^b

其中 aa 为常数,bb 为动力学指数。对上式取对数可得线性形式:

logi=blogν+loga\log i = b \cdot \log \nu + \log a

b 值的物理意义

bb 值用于判断电极过程的速率控制步骤:

bb控制机制物理含义
b0.5b \approx 0.5扩散控制电流受反应物在溶液中的扩散速率限制
b1.0b \approx 1.0表面控制(电容行为)电流由表面吸附/脱附过程主导
0.5<b<1.00.5 < b < 1.0混合控制扩散与表面过程共同贡献

中点电位取值

本 Workflow 取电位窗口的中点 EmidE_{\text{mid}} 处的电流值作为分析对象:

Emid=Ehigh+Elow2E_{\text{mid}} = \frac{E_{\text{high}} + E_{\text{low}}}{2}

对每个扫速文件中最后一个完整循环,分别提取正向扫描和负向扫描在 EmidE_{\text{mid}} 处的电流绝对值,记为 iai_a(阳极电流)和 ici_c(阴极电流)。

拟合方法

logν\log \nulogi\log i 空间中进行最小二乘线性拟合,分别得到阳极和阴极过程的 bb 值与拟合优度 R2R^2

输出

  • 双对数散点图与拟合曲线:横轴为扫描速率 ν\nu(V/s),纵轴为电流 ii(A),均取对数坐标。图中包含阳极(红色)和阴极(蓝色)两组数据及其拟合线,图例标注 bb 值与 R2R^2
  • 数据文件:原始数据和拟合曲线数据分别导出为 CSV 文件。

后续分析

  • CV/Cdl:基于不同扫速的中点电流差进行 CdlC_{\text{dl}} 线性拟合,进而计算电化学活性面积(ECSA)
  • CV: 计算库伦效率:评估电极反应的可逆性