电化学概论-2012.11.22.ppt

电化学简介与一些领域的研究进展 主讲人：王建明 重视文献的查询和阅读 常用数据库：Web of science; CA (Chemical Abstract ); ACS(American chemical society); RCS (The Royal Society of Chemistry). 重要期刊: Science; Nature JACS (Journal of the American Chemical Society); Angew. Chem. Int. Edit. (Angewandte Chemie-International Edition) (3) J. Phys. Chem. Lett; J. Phys. Chem. C (3) Electrochemistry Communications; Journal of the Electrochemical Society; Electrochimica Acta; Journal of Electroanalytical Chemistry. 一、电化学简介 电化学装置 原电池(Galvanic cell) 电解池(Electrolysis cell) 电化学可定义为：研究电子导电相和离子导电相之间的界面上所发生的界面现象的科学。 近代电化学主要侧重于两类导体的界面(Interface)性质及界面上所发生变化的研究。 双电层中少量电荷的巨大作用 可将双电层看成是一个平板电容器，则有： Cd= qM/?? 一般??不超过1V，取??=1V，Cd=0.2F/m2 ,则 qM = 0.2C/m2 如果电极表面带负电， ne=qM/ qe=0.2/ 1.602?10-19=1018个/m2 单位电极表面上的原子数： SA=k?r2=1.25 ?3.14 ?(1.5 ?10-10)2 nA=1/SA=1019个/m2 ne/nA=10% 即电极表面有10%的原子有剩余电荷，可以认为电极表面剩余电荷是 少量的，但??=1V，d=10-10m, E= ??/d=1010V/m 双电层能给出巨大的电场，可使电极过程的速度发生极大的变化。 ??变化0.1~0.2V，反应速度可改变10倍左右，一些在其它条件下，本 来不能进行的化学反应，在电化学系统中得以进行，电极过程的速度 与双电层电位间有着极其密切的关系。 主要研究领域 化学电源(Batteries) 电沉积(Electroplating) 硫酚在Fe(110)表面自组装单分子膜的高分辨STM图像 电合成(Electrolysis, Electrochemical synthesis) 氧化性很强的物质如Cl2, H2O2, KMnO4, (NH4)2S2O8等 强还原剂如Al, Na, K, Li, Mg等 可在温和条件下进行物质合成 金属腐蚀与防护(Corrosion and protection of metals) 一般由于电化学作用 从热力学观点来看是无法避免的 腐蚀的危害是惊人的 可采用电化学和物理方法减小之 光电化学(Photoelectrochemistry) 利用太阳光一直是人类梦寐以求的愿望 光解水制氢 光充电电池 History of Electrochemistry 早期电化学事例 Galvani 在1791年做青蛙解剖实 验； 1799年Volta; 1800年Nichoson利用Volta电堆 电解水。 电化学发展 1834年Farady’s law; 1839年Grove试制了Fuel cells; 1889年Nernst equation; 1905年 E-Ee= a+b logj (Tafel equation). 停滞阶段 1910年以后…… 1897年Jacques发表了一篇大胆的文章， “横渡大西洋”…但现在汽车还在使用“内燃机” 热力学占据了统治地位，在二十世纪前40-50年，Gibbs, Van’t Hoff, Nerst 再发展阶段 1950以后，研究电流通过电极所引起的变化----电极过程动力学； 60年代-