应用电化学---绪论.ppt

主要教学参考书---应用电化学杨辉 卢文庆编著 科学出版社 总 学时数：48学时, 其中课堂讲授32学时,实验16学时 绪论 1学时 电化学基础知识 9学时 电催化过程 6学时 电源化学与化学电源 4学时 总学时数：48学时, 课时分布 金属表面的电化学修饰 2学时 无机物的电化学制备 2 学时 有机物的电解制备 2 学时 电化学传感器 2 学时 金属的电化学腐蚀与防护 2学时 绪论：电化学和应用电化学概论 一．电化学的形成与发展 电化学是研究电能与化学能之间相互转换及转换过程中有关规律的科学。 象其它科学一样，是社会生产力发展中产生与发展起来的。 诞生于18-19世纪。1791年，意大利学者Luigi Galvani在从事青蛙生理功能研究时，偶然构成了电化学电路。1799年，还是意大利人的Alessandro Count Volta 利用锌片和铜片（中间用浸有硫酸的毛呢）构成了电池堆 ，于是世界上出现了第一个化学电源（大概70-80年后出现交流发电技术） 从此开始了化学能与电能相互转换的研究，也就为电化学和应用电化学的形成奠定了基础。（1800年英国的2位研究者用Volta电堆电解水，得到H2和O2，这是人类历史上第一次电解水；通过对Volta电堆研究，发现了物理学中的Ohm定律。） 1833年Faraday通过大量的实验，总结出了通电电量与化学反应之间的规律，即Faraday定律，这是一个里程碑似的定律，为电化学研究和应用提供了基本的理论基础。 1887年Arrhenius提出了电离学说，1889年Nernst建立了电极电位理论，并提出了表示电极电势、电极反应个组分浓度间关系的Nernst公式。几乎同时期，Helmholtz提出了双电层理论。 1905年，JuliusTafel测定了各种金属上析氢的电化学反应速率，确定了氢过电势与电极电流密度的数学关系，从而提出了Tafel方程。这是电化学动力学的第一个定律。 在 20世纪的前半页，电化学研究主要集中在电解质理论和原电池热力学，出现了企图用化学热力学理论处理一切问题的倾向，人们认为电流通过电极时，电极反应总是可逆的，Nernst公式可以应用于一切电化学过程。这导致了这一段时间内，电化学研究和应用发展的迟缓。 20世纪40年代，前苏联学者开始从化学动力学角度研究电化学，特别是针对电极与溶液净化对电极反应动力学数据重现性的影响，从实验技术上取得突破，并在析氢过程动力学和双电层结构研究方面取得重大进展。 他们的工作，推动了电化学动力学的发展。稍后的英美学者，例如Bockris, Parsons, Conway等在上述领域内也作出了奠定性的工作，这些工作大大地推动了电化学理论的发展，开始形成了以研究电极反应速率及其影响因素为主要研究对象的电极过程动力学，并使之现代电化学的主体。 20世纪50年代以后，特别是60年代以来，电化学学科迅猛发展，在非稳态传质过程动力学、复杂电极过程动力学等理论方面和界面交流阻抗法、暂态技术、线性电位扫描、旋转圆盘电极等实验研究技术方面都有了突破性发展，并将量子力学引入电化学，形成了量子电化学。 随着电化学理论和技术的发展，电化学的应用和电化学工业也迅速发展起来，进一步促进了电化学技术想更广阔科学和技术领域的扩散，又形成了许多跨学科或边缘学科的科学。 电化学在实践中的 传统应用 主要是化学电源、表面电化学处理、电冶金、电解工业、腐蚀与防护、电化学加工、电化学分析。近年来，在新材料、新能源、微电子、生物科学等发面的应用更引人注目。 二．电化学应用领域的进展 电化学：电化学热力学（电能与化学能的转换、电极表面现象）、电化学动力学（电极过程、电极过程催化）。 理论电化学：基础理论、基本原理的研究，研究方法、测试技术的研究。 电化学科学的丰富内容，可以图示如下： 应用电化学：电化学应用基础研究，电化学理论、技术在生产中的应用和应用研究。 应用电化学和理论电化学的关系：理论不断进入实践应用，实践过程不断提出新问题，发现新领域。 应用电化学 高效环保化学能源体系的研究、开发、应用; 金属表面的电化学处理理论与技术; 电化学腐蚀与防护技术，电化学冶金理论与技术; 电化学传感器; 化合物的电化学合成理论与技术; 电化学控制和电化学分析 * LOGO （Applied electrochemistry） 电化学的形成与发展 1 电化学