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小某蟲上“柒瓣的雪”提問:如何處理電化學循環伏安曲線(CV)中氧化峰、還原峰對應的面積。該網友提出將圖1處理成圖2的樣子。
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電化學循環伏安測試中,通常需要計算某個電位范圍內曲線下方的峰面積(曲線與橫軸圍成的區域的面積),該峰面積的物理意義通常是電極的電化學活性面積。
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例如,Pt電極的電化學活性表面積EAS(m2/g?Pt)可利用如下公式計算:
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EAS=Q/(mC),
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其中,Q=S/v,即峰面積與掃描速度的比值;m為電極上催化劑的質量;C為Pt對氫的單位吸附電容,即 0.21 mC/cm2。一般計算出來的活性面積在幾十m2/g。
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在電化學工作站(輸力強、Autolab、晨華CHI等)儀器測試軟件配套的數據分析軟件均可以計算橫軸以上的曲線面積。
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但對于基線以上的峰面積的計算,并不一定能計算出(我沒試過)。更重要的是,導出數據在Origin中繪制陰影比較難。很多同學都是在CHI中將該軟件計算的峰面積及陰影圖截圖出來,但是截圖往往在投稿中是不受歡迎的。
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該網友只是想求基線以上的峰面積,而不是橫軸以上曲線的面積,可能是想了解去除純電容(平行四邊形區域)后,氧化還原反應對電容量的貢獻(我猜測的)。
那么怎樣求基線以上的峰面積呢?
利用Origin繪圖軟件求解峰面積是一種普適方法,可以計算任意曲線的峰面積。那么怎樣利用Origin2018繪圖軟件實現峰面積的計算呢?
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下面利用獲取的數據,演示基線以上峰面積的求解與繪制過程。由于不是原始數據,氧化峰與還原峰有點不對稱,不過沒關系,這里只是演示怎樣利用Origin繪圖實現峰面積的計算。
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第一步:繪制曲線
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利用負向掃描、正向掃描的兩條數據表,繪制線圖如下:
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圖3? 初步繪制的CV曲線
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第二步:計算峰面積
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單擊某條曲線,然后點擊菜單Analysis→Mathematics→Polygon Area (多變性面積)打開對話框。具體操作過程如圖4所示。
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圖4 求解峰面積的操作方法
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在打開的對話框中,修改Area Type為Mathematical Area,然后定義橫軸范圍,即點擊Input輸入框的右邊紅箭頭圖標。具體操作如圖5所示。
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圖5 定義面積的類型
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點擊紅箭按鈕后,操作界面回到繪圖區。拖動兩條暗紅色的豎線到想要的范圍(這里是-0.7~-0.1V),然后點擊紅箭按鈕。具體操作如圖6所示。
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圖6 定義面積的范圍
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點擊圖6中的紅箭按鈕后,便回到圖5的對話框,點擊“OK”,即可求解-0.7~-0.1V范圍的氧化峰的峰面積,效果如圖7所示。
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圖7 峰面積的計算結果及其陰影的繪制
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采用同樣的方法計算還原峰的峰面積并繪制陰影,添加虛線輔助線、設置陰影的fill填充色與半透明、標記兩個峰的面積,最終的效果如圖8所示。
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大功告成!您是否掌握了這種方法呢?
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對于其他任意曲線,若需要求解某范圍的峰面積,同樣可以采用該方法。
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