전기화학 임피던스 분광법을 이용한 외부 헬름홀츠 평면의 포텐셜 측정

Abstract

지지전해질은 전기화학 반응에서 매우 중요한 물질이다. 대부분의 경우 지지전해질은 전기이동효과(migration), 저항-전압 강하(ohmic drop), 외부 헬름홀츠면의 전위 값을 낮춰주는 역할을 한다. 이 값들은 반응속도와 열 역학적인 부분에 영향을 끼친다. 특히 외부 헬름홀츠면의 전위값은 용매화된 이온의 전기적 중심 지역에서의 전위 값으로 표현할 수 있다. 이 부분의 전위 값은 전기화학 반응에서 직접적으로 사용된다. 외부 헬름홀츠면의 전위값은 전기 이중층이 구성되는 환경에 매우 민감하다. 예를 들어 외부 헬름홀츠면의 전위 값은 전극의 모양이나 전극의 구성 물질 또는 지지 전해질의 농도의 변화에 따라 변화게 된다. 외부 헬름홀츠면의 전위값은 전기화학 반응에 직접적으로 사용되므로 이 값을 예측하는 것은 매우 중요하다. 그 중 우리는 지지 전해질의 농도 변화에 따라 변하는 외부 헬름홀츠면의 전위값을 측정하는 것에 초점을 맞출 것이다. 전기화학 셀(cell)은 음파 파쇄한 ITO(Indium Tin Oxide) 작업전극, 상대전극은 백금 망, 그리고 실험실에서 직접 제작한 포화된 Ag/AgCl 기준전극으로 구성된다. 3차증류수에 산화-환원물질인 K3Fe(CN)6를 1mM 사용하고, 지지전해질은 KCl 10mM에서 2000mM까지 사용하였다. 실험의 측정은 실험실에서 제작된 푸리에 변환 전기화학 저항(Fureir Transform Electocehmical Impedance) 장치를 사용하였다. 포탠시오스탯은 함수발생기(function generator), 신호숫자화기(signal digitizer), 전기화학 셀과 연결하였다. 모든 측정은 랩뷰 프로그램에 의해 자동적으로 실행되었다. 얻어진 결과로부터 우리는 표준속도 상수 값을 계산할 수 있고, 이 값을 이용해 푸럼킨 효과 식(Frumkin effect equation)으로부터 외부 헬름홀츠면의 전위 값을 측정할 수 있다. 이러한 방법을 통해 지지 전해질의 농도와 외부 헬름홀츠면의 전위값의 관계를 알 수 있다.