Qu’est-ce qu’un potentiostat ?
Un potentiostat est un appareil permettant de contrôler le potentiel et le courant et de mesurer le potentiel.
Dans un système à trois électrodes composé d’une électrode de travail électrolytique, d’une contre-électrode et d’une électrode de référence, il contrôle la tension entre l’électrode de travail et l’électrode de référence et mesure le courant circulant entre l’électrode de travail et la contre-électrode. Il est utilisé dans les mesures électrochimiques et est souvent utilisé avec des galvanostats et des générateurs de fonctions.
Les galvanostats contrôlent avec précision le courant traversant l’électrode et régulent arbitrairement le taux électrochimique, tandis que les potentiostats contrôlent le potentiel de l’électrode et mesurent le courant traversant l’électrode à ce moment-là. Les potentiostats sont utilisés pour mesurer le courant qui traverse une électrode.
Utilisations du potentiostat
Les potentiostats sont principalement utilisés pour les mesures électrochimiques. Dans la pratique, les potentiostats sont rarement utilisés seuls, mais le plus souvent en combinaison avec des galvanostats et des générateurs de fonctions.
Les potentiostats seuls ne peuvent effectuer qu’un contrôle de tension constante, mais en combinaison avec ces dispositifs, ils peuvent effectuer des opérations de balayage de tension et des sorties d’impulsion, et leurs réponses peuvent être mesurées pour obtenir une compréhension plus approfondie des propriétés électrochimiques de l’objet.
Principe du potentiostat
La clé du principe du potentiostat est son contrôle par rétroaction négative à l’aide d’un amplificateur opérationnel.
Le potentiostat se caractérise par les deux points suivants :
- Impédance interne très élevée.
- La tension aux bornes d’entrée positive et négative peut être considérée comme identique (VIN1=VIN2).
Les principales fonctions suivantes du potentiostat sont réalisées par un circuit utilisant un amplificateur opérationnel.
- Empêcher le passage du courant vers le pôle de référence
contrôler le potentiel de l’électrode de travail par rapport à l’électrode de référence. - Mesure du courant circulant entre l’électrode de travail et la contre-électrode.
L’impédance interne élevée empêche les courants de circuler vers le pôle de référence et la tension aux extrémités positive et négative est la même, de sorte que la tension réglée peut être utilisée telle quelle comme tension au pôle de référence.
L’amplificateur opérationnel délivre une tension correspondant au courant qui le traverse, ce qui permet de mesurer le courant.
Informations complémentaires sur les potentiostats
1. Qu’est-ce qu’une mesure électrochimique ?
La mesure électrochimique est une technique de mesure dans laquelle un signal électrique est appliqué à un échantillon spécifique à partir d’une source d’énergie ou d’un autre circuit pour induire une réaction chimique, et le signal de réponse est utilisé pour évaluer la réaction chimique qui se produit à l’intérieur.
Un exemple courant est l’électrolyse de l’eau. En insérant dans l’eau des électrodes reliées à un potentiostat et en appliquant l’énergie électrique d’un circuit externe, la réaction de décomposition de l’eau peut être favorisée ou inversée sur l’électrode de travail. Ceci peut être utilisé, par exemple, dans le développement de catalyseurs pour accélérer l’électrolyse de l’eau.
Dans les mesures de voltammogramme, le potentiel contrôlé de l’électrode est converti d’un signal numérique en un signal analogique à partir d’un ordinateur utilisant un ordinateur personnel, et le courant électrolytique mesuré par un potentiostat est numérisé et lu par l’ordinateur. De cette manière, il est possible de déterminer la quantité de courant qui a circulé par rapport à la variation de tension.
À partir du voltammogramme, il est possible de déterminer le type de réaction d’oxydation/réduction qui a lieu à l’électrode de travail à chaque potentiel.
2. Pourquoi utiliser un système à trois électrodes ?
Dans les mesures électrochimiques, il est nécessaire de déterminer avec précision le potentiel des réactions qui se produisent aux électrodes ; dans un système à deux électrodes, l’électrode de travail et la contre-électrode sont traversées par un courant, ce qui rend impossible la mesure précise du potentiel en raison d’un phénomène appelé polarisation. La polarisation se réfère à une modification du potentiel de l’électrode due à la circulation du courant dans le circuit.
Une électrode de référence est donc ajoutée comme troisième électrode pour former un système à trois électrodes composé d’une électrode d’action/contre-électrode/électrode de référence. L’électrode de référence n’est pas traversée par le courant et la différence de potentiel entre l’électrode de travail et l’électrode de référence est mesurée, ce qui permet de mesurer avec précision le potentiel de l’électrode de travail.