يعتبر قياس الجهد الدوري – Cyclic Voltammetry من أهم التقنيات لدراسة النشاط الكهربائي للمادة وسلوكها في المحاليل والتطبيقات المختلفة. فقد ذكرنا في مقال سابق عن الكيمياء الكهروتحليلية – Electroanalytical chemistry عن مدى احتياجنا لطرق تحليل دقيقة سريعة يمكن التحكم بكل معاملاتها حسب احتياجاتنا ودراستنا. ومع تطور العلوم والتكنولوجيا واتجاه العالم للتوصل لمصادر طاقة نظيفة مثل الهيدروجين الأخضر وتخزينها في أجهزة تخزين الطاقة من بطاريات ومكثفات ومكثفات فائقة التوصيل، أصبحنا بحاجة لتقنيات تمتاز بالدقة والسرعة لدراسة المواد المُستخدمة في التطبيقات المختلفة. فما هي تقنية قياس الجهد الدوري وتطبيقاتها في المجالات المختلفة؟
محتويات المقال :
قياس الجهد الدوري هو تقنية كهروكيميائية تُستخدم لقياس النشاط الكهربائي لمادة ما في محلول إلكتروليتي عن طريق تطبيق مدى جهد معين – Potential window (مثال: من 0.4 – إلى 0.4 فولت) وقياس التيار الناتج عن ذلك. حيث يتم تطبيق الجهد بمعدل مسح خطي مع الزمن كما موضح بالشكل التالي E-t curve وينتقل إلى الأمام إلى جهود مؤكسدة أكثر إيجابية. وتكون استجابة المادة في صورة تيار كما موضح بالشكل I-E curve . بعد ذلك، يتم عكس نافذة الجهد من 0.4 إلى 0.4- فولت ويتم قياس النشاط الكهربائي في صورة تيار في الاتجاه المعاكس.
يتم قياس الجهد الدوري باستخدام خلية كهروكيميائية ثلاثية الأقطاب، ويتم تطبيق الجهد على قطب العمل. في المثال الموضح بالشكل، تحدث عملية أكسدة لمادة قطب العمل، بمجرد تطبيق الجهد الكافي لأكسدة المادة. وتستمر المادة في فقد الإلكترونات، مما ينتج تيار كهربي حتى تتأكسد الأيونات تمامًا حول القطب، فيتناقص التيار مجددًا.
يستمر انعكاس المسح إلى الجهود السلبية في اختزال المادة، حتى تصل الجهود المُطبقة إلى القيمة التي يمكن فيها إعادة اختزال الأيوانات المؤكسدة (التي تراكمت على سطح القطب). وتتمثل النتيجة في مخطط مميز على شكل يُعرف باسم مخطط الفولتاموجرام الدوري [2].
لإجراء قياس الجهد الدوري، عليك أن تبدأ بإضافة محلول الإلكتروليت إلى خلية كهروكيميائية ثلاثة أقطاب كهربائية. بعد ذلك، استخدم potentiostat لتمرير أو تطبيق الجهد الكهربائي على جهد العمل. عندما يصل الجهد إلى الحد المحدد مسبقًا في نافذة الجهد، فإنه سيعود في الاتجاه المعاكس. ومن الشكل الناتج E-I curve يمكننا الآتي [2] :
حيث id هو التيار المحدود بالانتشار، وA هي منطقة القطب، و D0 هو معامل الانتشار للتحليل، و C0/ ∂x∂ تدرج التركيز على سطح القطب. ويمكن اعتبار ناتج معامل الانتشار وتدرج التركيز على أنه التركيز المولي ( mol · cm-3).
يعتبر قياس الجهد الدوري أول تقنية يتم تطبيقها لدراسة سلوك المادة النشطة كهروكيميائيًا في محلول معين أو لدراسة تركيز مادة ما في المحلول. ويمكن دراسة وملاحظة الكثير من الخصائص بهذه التقنية ولذلك نجدها في تطبيقات عديدة [1,2].
لا تزال أفكار نيتشه الفلسفية يتردد صداها في المجتمع المعاصر، وتتحدى فهمنا للأخلاق ومكانتها في…
تخيل فريقًا من العلماء الرواد يعملون بلا كلل لكشف أسرار الدماغ البشري. إنهم في سعيهم…
في عالم وسائل التواصل الاجتماعي، تظهر الصيحات وتختفي، لكن بعضها يجعلك تتساءل: ما السبب وراء…
الصداع تجربة إنسانية عالمية، وعلى الرغم من انتشاره إلا أن الأسباب الكامنة وراءه لا تزال…
إن فهم كيف بدأت الحياة وتطورت على الأرض هو السؤال الذي أذهل البشر على مر…
يصادف في شهر أغسطس الذكرى السنوية الثالثة لانسحاب الولايات المتحدة من أفغانستان وعودة طالبان إلى…