Share via email
Bentuk voltametri siklik (CV) ini unik untuk ultramikroelektroda — elektroda yang sangat kecil sehingga rezim difusi berubah dari linier menjadi radial. Jenis elektroda ini lebih sensitif dan sering digunakan dalam aplikasi sensor.
Linear sweep voltammetry (LSV) dan cyclic voltammetry (CV) keduanya termasuk di antara teknik elektrokimia yang paling populer, dan digunakan untuk berbagai aplikasi di laboratorium di seluruh dunia. Adopsi yang luas dari teknik ini disebabkan oleh kesederhanaannya, fleksibilitasnya, dan kemudahan relatif dalam analisis data yang dihasilkan. Postingan blog ini menjelaskan prinsip dan parameter yang perlu diperhatikan untuk kedua teknik ini, faktor eksternal yang dapat memengaruhi hasilnya, dan diakhiri dengan beberapa sorotan aplikasi.
Linear sweep voltammetry vs cyclic voltammetry
Secara umum, teknik elektrokimia dapat dibagi menjadi step and sweep techniques. Baik LSV dan CV adalah contoh dari sweep techniques dan biasanya dilakukan dengan menggunakan sistem tiga elektroda.
Baca Application Note kami untuk mempelajari lebih lanjut tentang pengaturan ini.
Tegangan pada working electrode (WE) adalah «swept» atau «scanned» (diubah dalam nilai-nilai kecil secara bertahap) ari satu potensial (diukur terhadap elektroda referensi) ke potensial lainnya, sementara arus yang mengalir antara WE dan CE (elektroda lawan) diukur.
Linear sweep voltammetry
Contoh berikut menunjukkan salah satu penggunaan paling umum dari teknik sweep .Ketika suatu probe redoks dicelupkan ke dalam larutan, tegangan sweep dimulai pada wilayah potensial di mana hanya sedikit reaksi yang terjadi. Sweep emudian berlanjut melalui wilayah yang dikendalikan secara kinetik dan masuk ke wilayah yang dibatasi oleh difusi. Inilah yang biasanya terjadi selama penerapan linear sweep voltammetry.
Sinyal E terhadap T dari plot LSV yang khas ditunjukkan pada Gambar 1a. Gambar 1b menunjukkan plot I terhadap E. Plot ini biasanya dianalisis setelah dilakukan pengukuran LSV.
Figure 1.
E vs T plot (a) and I vs E plot (b) from a typical LSV experiment. Marked on (a) is the start potential, stop potential, and the scan rate. Marked on (b) is Ep – the peak potential of the redox process under investigation.
Pengguna dapat memilih tegangan untuk memulai dan mengakhiri sapuan, serta seberapa cepat sapuan dilakukan di antara kedua tegangan tersebut (yaitu laju pindai). Laju pindai dapat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap voltammogram yang dihasilkan. Variasi laju pindai dapat mengungkapkan informasi penting, seperti yang akan ditunjukkan lebih lanjut dalam artikel ini.
Rentang efektif di mana tegangan dapat dipindai bergantung pada sejumlah faktor, termasuk keterbatasan perangkat keras dan perangkat lunak serta kondisi eksperimental. Elektroda dan elektrolit yang berbeda akan menghasilkan 'jendela elektrokimia' yang lebih besar atau lebih kecil. Jendela ini merupakan rentang potensial yang dapat diakses sebelum elektrolit itu sendiri mulai bereaksi.
Cyclic voltammetry
Dalam kasus voltametri siklik (CV), perbedaan utamanya adalah bahwa tegangan yang diberikan pada elektroda kerja (WE) selama paruh pertama percobaan bukanlah tegangan akhir (potensial henti), seperti pada LSV. Tegangan tersebut merupakan potensial di mana arah sweep dibalik. Potensial ini biasanya disebut sebagai potensial balik atau potensial simpul pertama (switching/vertex potential).
Dari titik ini, potensial dapat kembali langsung ke tegangan awal atau menuju simpul kedua yang letaknya lebih jauh dari tegangan awal. Pada simpul kedua ini, arah sapuan kembali dibalik dan potensial diarahkan kembali ke tegangan awal. Seperti pada LSV, dalam CV pengguna dapat memilih tegangan awal/akhir, potensial simpul pertama dan kedua, serta laju pindainya.
"da dua cara untuk menggambarkan data voltametri siklik (CV). Definisi yang direkomendasikan oleh IUPAC menyatakan bahwa arah pindai positif dan arus positif menunjukkan proses oksidasi (atau cabang/sapuan anodik), sedangkan arah pindai negatif dan arus negatif menunjukkan proses reduksi (atau cabang/sapuan katodik).
Figure 2.
E vs T plot (a) and the I vs E plot (b) from a typical CV experiment. Marked on (a) is the start/stop potential (identical in this case), the first and second vertex potentials. Marked on (b) is Ep,a and Ep,c, the peak potentials of the anodic and cathodic peaks respectively.
Dengan cara sweeping voltage memungkinkan pengguna untuk mempelajari proses maju (oksidasi dalam kasus ini) dan mundur (reduksi) secara terkontrol, yang dengan cepat memberikan wawasan mengenai mekanisme reaksi
Dari kedua metode tersebut, voltametri siklik (CV) menjadi lebih populer untuk kebanyakan aplikasi umum dan terutama untuk mempelajari sistem baru, karena sapuan mundur mengandung banyak informasi menarik
Data analis
Voltammogram siklik (plot I terhadap E) dapat dinilai secara kualitatif. CV adalah teknik yang sensitif; dengan menerapkan sinyal E terhadap T yang pada dasarnya sama pada sistem yang berbeda, hasil yang sangat berbeda dapat diperoleh. Gambar 3 menunjukkan beberapa hasil tersebut. Jumlah puncak, bentuk dan ukurannya, jarak antara puncak yang berpasangan, serta respons pada sapuan mundur semuanya mengandung informasi yang dapat digunakan untuk menarik kesimpulan tentang sistem yang sedang dipelajari.
Figure 3.
Some of the possible voltammograms that can be produced during cyclic voltammetry.
Singkatnya dari Gambar 3
Reversibilitas dari suatu reaksi redoks tertentu dalam CV adalah konsep yang penting. Reversibilitas pada dasarnya berarti jika suatu zat teroksidasi (atau tereduksi), seberapa sulit zat tersebut untuk direduksi (atau dioksidasi) kembali sehingga produk asalnya dapat dipulihkan? Misalnya, saat meneliti material baru untuk baterai atau kapasitor yang dapat diisi ulang, penting agar reaksinya mendekati 100% reversibel. Reaksi samping pada baterai dapat menyebabkan malfungsi dan kegagalan.
CV allows researchers to broadly classify different redox processes into one of three categories:
- irreversible
- reversible
- quasi-reversible
Laju pindai memainkan peran penting dalam membantu mengklasifikasikan proses-proses tersebut. Dua kategori pertama lebih mudah dikenali dibandingkan yang terakhir.
Irreversible process, fitur (puncak) yang muncul pada forward scan mungkin hilang atau bergeser secara signifikan (<0,5 V) pada reverse scan. Tinggi puncak juga dapat sangat berbeda. Ketika laju pindai lebih tinggi, potensial puncak bergeser ke nilai potensial yang lebih tinggi.
Untuk proses reversibel, kondisi sebaliknya berlaku. Forward dan backward scans selalu memiliki fitur yang sama, dan rasio tinggi puncak mendekati 1. Dengan laju pindai yang lebih tinggi, potensial puncak tidak bergeser. Jarak antara puncak anodik dan katodik adalah 57/n mV.
Kondisi untuk proses kuasi-reversibel sedikit lebih sulit untuk didefinisikan karena berada di antara kedua ekstrem tersebut. Proses kuasi-reversibel biasanya memiliki fitur yang serupa pada sapuan maju dan mundur, tetapi jarak dan potensial puncak bergantung pada laju pindai. Kriteria reversibilitas ini diuji dengan mengukur CV kembali, tetapi dengan laju pindai yang berbeda. Semakin cepat laju pindai, arus puncak akan semakin tinggi karena waktu untuk difusi menjadi lebih sedikit.
Koefisien difusi juga dapat dihitung dari eksperimen ini menggunakan hubungan yang dijelaskan dalam Randles–Ševčík equation. Koefisien difusi pada dasarnya menunjukkan seberapa cepat suatu spesies berdifusi menuju elektroda dan memengaruhi arus yang terukur. Untuk proses yang reversibel, arus puncak yang terukur seharusnya meningkat secara linier dengan kuadrat dari laju pindai. Gambar 4 menunjukkan plot arus puncak terhadap kuadrat laju pindai.
Figure 4.
CV of a reversible one-electron process (left). When repeated at multiple scan rates, this leads to a rise in peak current and a linear plot of peak current vs square of the scan rate (right), together with the Randles–Ševčík equation.
Penting untuk dicatat bahwa efek fisik (seperti pH, suhu, atau efek pelarut) juga berperan dalam menentukan apakah suatu proses bersifat reversibel atau tidak. Oleh karena itu, selain laju pindai, parameter-parameter ini juga dapat disesuaikan secara sengaja untuk meningkatkan pemahaman terhadap suatu proses tertentu
Kesimpulan
Voltametri siklik dan voltametri sapuan linear termasuk di antara teknik yang paling kuat dan serbaguna dalam elektrokimia. Teknik-teknik ini digunakan setiap hari karena fleksibilitasnya yang mengesankan dan kemudahan penggunaannya. Untuk informasi lebih lanjut tentang CV dan LSV, silakan lihat sumber daya kami di bawah ini mengenai topik-topik tersebut.
Hal-hal penting yang dapat Anda pelajari
Blog post: Cyclic voltammetry (CV) – the essential analytical technique for catalyst research
Application Note: Revealing battery secrets with EC-Raman solutions
How to characterize a catalyst? Cyclic voltammetry in action
This White Paper covers the following content: Measuring the surface area of the electrode, evaluation of the activity and stability of the catalyst, and a case study and handy glossary.
Contact
