서울대학교 물리분석실험 - Electrochemistry

소개

서울대학교 물리분석실험 수업을 듣고 작성한 레포트입니다

목차

1. Introduction
2. Results
3. Discussion
4. Assignment
5. Reference

본문내용

이번 실험의 목적은 전기화학적 분석 기법에 대해 알아보는 것이다. 전기화학적 분석 기법은 주로 전극을 통해 전위를 변화시켜, 그 결과 발생하는 전류를 분석하는 것이다. 이 때, 전극에 흐르는 전류는 기본적으로 2가지로 분류된다. 첫 번째는 Charging Current으로, 전극 주변에 electric double layer가 형성되면 Charging Current가 발생한다. 두 번째는 Faradaic Current으로, 이는 전극 표면에서 물질의 산화 환원 반응이 일어날 때 발생한다. Faradaic Current는 물질의 산화 환원에 의해 발생하므로, 물질 전달과 산화 환원 반응 중 어느 것이 rate limiting step인지 판단하는 것이 중요하다.
이번 실험에서 중요하게 쓰이는 두 가지 분석법은 Cyclic Voltammetry와 Chronoamperometry이다. 우선 Cyclic Voltammetry에 대해 알아보자. Cyclic Voltammetry는 전위을 일정한 속도로 변화시켜, 발생하는 전류를 분석하는 기법이다. Peak Current가 발생하는 위치로부터 물질의 정성 분석이 가능하고, 그 크기로부터 정량 분석이 가능하다. 용액 속의 Sample이 산화와 환원을 반복하면서, CV 데이터는 주기성을 가지고 반복되게 된다. Peak Current의 크기는 다음과 같이 예측된다.

이 때, 식의 Peak Current는 Faradaic Current이므로 정확한 분석을 위해선 Blank를 측정하여 Charging Current를 제거하여야 한다.
다음은 Chronoamperometry이다. Chronoamperometry는 순간적인 전위 step을 가하여, 반응을 일으키는 분석법이다. Step 이후 전극 표면의 반응물 농도는 0이 되어, 반응은 Diffusion-Control 된다. 따라서, Faradaic Current는 Concentration Gradient에 비례하므로, 다음과 같이 예측된다.

참고자료

· Bard, Allen J. and Faulkner, Larry R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. John Wiley and Sons, New Jersey, 2001.
· M. Łukaszewski et al, Electrochemical Methods of Real Surface Area Determination of Noble Metal Electrodes – an Overview, International Journal of ELECTROCHEMICAL SCIENCE, 11, 2016.3.4.
· Ashish Kamat, Andreas Huth, Olaf Klein, Stephan Scholl. Chronoamperometric Investigations of the Electrode-Electrolyte Interface of a Commercial High Temperature PEM Fuel Cell. Fuel Cells, Wiley-VCH Verlag, 2010, 10 (6), pp.983. 10.1002/fuce.201000014. hal-00577277
· José M. Doña Rodríguez et al, Determination of the Real Surface Area of Pt Electrodes by Hydrogen Adsorption Using Cyclic Voltammetry, JChemEd.chem.wisc.edu, Vol. 77 No. 9, September 2000