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电化学基础 绪论 Introduction 电化学研究对象 电化学科学的应用 电化学发展历史 什么是电化学(Electrochemistry) “电化学是研究电能和化学能相互转换的科学”。 第一节 电化学研究对象 一. 不同的导电回路 电子导电回路 Electronic Circuit 原电池 Galvanic Cell 电解池 Electrolytic Cell 电子导电回路 凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的回路称之为电子导电回路。 载流子:自由电子 电解池 由外电源提供电能,使电流通过电极,在电极上发生电极反应的装置。 载流子:电子+离子 原电池 将化学能转化为电能的装置。 载流子:离子+电子 几个重要概念 第一类导体:凡是依靠物体内部自由电子的定向运动而导电的物体,即载流子为自由电子(或空穴)的导体,叫做电子导体,也称第一类导体。 金属,石墨,金属氧化物 第二类导体:凡是依靠物体内的离子运动而导电的导体叫做离子导体,也称第二类导体。 熔融电解质,固体电解质,电解质溶液等 两种导电体系: 电子导电回路 电子-离子导体串联回路 两种导电体系的区别: 电子导电回路中只有单纯的电子(空穴)流动 ; 电子—离子导体串联回路中两种载流子是通过电极/溶液界面的氧化还原反应传递电荷的 ,并且导电过程中必然伴随着化学反应。 二. 电化学体系 电化学体系:两类导体串联组成的,在电荷转移过程中不可避免地伴随有物质变化的体系。 电化学反应:在电化学体系中发生的氧化还原反应。 电极反应:电极/溶液界面(两类导体界面)发生的电化学反应。 阳极(anode):发生氧化反应的电极 原电池(-)电解池(+) 阴极(cathode):发生还原反应的电极 原电池(+)电解池(-) 三. 电化学研究的内容 第一类导体 第二类导体 界面结构与性质 界面反应(电化学反应)动力学 第二节 电化学科学的应用 第三节 电化学发展历史 19世纪70年代 Helmholtz 提出了双电层的概念 ; 1889年 Nernst 提出电极电位公式 ; 1905年Tafel提出Tafel经验公式。 本课程的学习要求 分类: 物理传感器 化学传感器 电化学式、 光学式、 热学式、 质量式等 电化学式传感器分类 1.电位型传感器(potentiometric sensor)。将溶于电解质溶液中的离子作用于离子电极而产生的电动势作为传感器的输出而取出,从而实现离子的检测。 2.电流型传感器(amperometric sensor)。在保持电极和电解质溶液界面为一恒定电位时,将被测物直接氧化或还原,并将流过外电路的电流作为传感器的输出而取出,从而实现化学物质的检测。 3.电导型传感器(conductometric sensor ) 。以被测物氧化或还原后电解质溶液 电导的变化作为传感器的输出而取出 ,从而实现物质的检测 超声电化学 超声电化学 是利用超声能量来控制电化学反应,是声学与电化学相互交叉渗透而发展起来的一门新兴的边缘学科。利用超声能够加速和控制电化学反应、提高反应产率、改变反应途径、改善反应条件以及引发新的化学反应等。 超声电分析,超声光电化学,超声电合成是超声电化学的主要领域。 有机电化学 有机电化学是介于有机化学和电化学之间的一门边缘学科 ,几乎与有机化学和电化学的所有领域都有密切关系 ,是采用现代电化学和有机化学的综合手段研究有机电极反应过程与机理的一门学科。 有机电化学和有机电化学工业把电子作为试剂来合成精细有机化合物,是“绿色化学”和“绿色合成”的一种 ,它在很大程度上从工艺本身消除了污染 ,保护了环境 。可以期待有机电化学将成为 21世纪的热门学科。 有机电化学的主要研究和应用领域 有机电合成。有机电合成在有机合成中的应用产生了现代有机电解合成工业 有机高分子材料的电聚合(电泳涂漆Electrophoresis)。 导电高分子的研究获 2000年度诺贝尔化学奖。有机电解合成的高分子材料具有很多特殊的性能 ,将作为本世纪的材料被重视和积极的开发。 有机电源。有机电化学理论和研究工作使人们找到了具有优良性能的有机电解质 ,并使满足上述要求的锂高能电池实现了商品化 ,有机物燃料电池、有机电池和塑料电池正在进行实用化研究。 有机功能材料功能。材料一般多为无机物制成的 ,但近年来发现采用电解聚合生成的有机聚合物具有新的机能 ,可以做成显示元件和敏感元件 ,引起了各方面的极大兴趣 ,展开了活跃的研究。 半导体电化学 人们对半导体电极过程的研究逐步形成了半导体电化学。 一些电极仅在光
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