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塔菲尔斜率是什么意思?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-01-03 08:53:48

这个问题和电化学有关。考虑以下发生在原电池(电池)中的电化学反应。工艺示意图如下:

塔菲尔斜率是什么意思

如上图所示,原电池是由一片浸在硫酸锌溶液(ZnSO4)中的锌(Zn)和一片浸在硫酸铜溶液(CuSO4)中的铜(Cu)构成的。整体反应是:

锌(s) + CuSO4 (aq)→ZnSO4 (aq) +铜(s)


在锌阳极,发生氧化(金属失去电子),而在铜阴极,发生还原(电子被接受)。这些反应可以用以下半反应来表示:

锌(s)→Zn2 + + 2 e−

Cu2 + + 2 e−→铜(s)


在电化学中,氧化还原电位是衡量一种化学物质从电极获得电子或向电极失去电子,从而分别被还原或氧化的倾向。每个物种都有自己内在的氧化还原电位;还原电位越高,种对电子的亲和力越大,越容易被还原。

水溶液的还原电位是通过测量与溶液接触的惰性感应电极与通过盐桥连接到溶液的稳定参比电极之间的电位差来确定的。

过电位一词是指半反应的热力学决定的还原电位与实验观察氧化还原事件时的电位之间的电位差(即电压)。过电势的存在意味着电池需要比热力学预期更多的能量来驱动一个反应。过电位是通过测量达到给定电流密度(通常很小)时的电势,通过实验来确定的。

那么是什么导致了过电位呢?当反应物从电解液缓慢地输送到电极表面时,过电位就会产生,从表面、从电极到电解液的输送也很明显。此外,电池或堆叠组件之间的电子电阻所产生的限制或损失也可能导致欧姆过电位的增加。产生过电位的原因有很多。最常见的分为反应过电位、浓度过电位、气泡过电位和电阻过电位。

那么如何测量半反应的过电位呢?这就是塔菲尔方程出现的地方!有效地,Tafel分析是评估/讨论涉及电催化速率决定步骤的强大工具!

通过Tafel分析,可以分析电流响应对应用电位的灵敏度(Tafel斜率),从而提供与速率决定步骤相关的信息。实验观测到的Tafel斜坡可以与根据所建议的微观动力学模型假定不同速率决定步骤的理论推导的斜坡进行比较。

在单个电极上,Tafel方程为:

塔菲尔斜率是什么意思

指数下的正号是指阳极反应,负号是指阴极反应。η量叫做过势,A叫做塔费尔斜率(以瑞士化学家朱利叶斯·塔费尔命名)。这是一个典型的塔菲尔图的阳极过程

塔菲尔斜率是什么意思

上图中的斜率称为塔菲尔斜率。因此,对于一个简单的单分子氧化还原反应,我们可以从上面的图中推断出通过电极的电流是如何依赖于电极与本体电解质之间的电压差的。如果看一下上面的图,很明显,在Tafel图中,这条线的斜率告诉你,为了使反应速率增加10倍,你需要增加多少倍的过η势。
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