電化學(xué)基礎(chǔ)教程（第二版）

第1章 緒論1
1.1電化學(xué)簡介1
1.2電化學(xué)的歷史2
1.3電化學(xué)研究領(lǐng)域的發(fā)展4
1.4本書結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)方法6
復(fù)習(xí)題6

第2章 導(dǎo)體和電化學(xué)體系7
2.1電學(xué)基礎(chǔ)知識7
2.1.1電場與電勢7
2.1.2導(dǎo)體及其在電場中的性質(zhì)8
2.2兩類導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理9
2.2.1電子導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理9
2.2.2離子導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理10
2.3電化學(xué)體系11
2.3.1兩類電化學(xué)裝置11
2.3.2從電子導(dǎo)電到離子導(dǎo)電的轉(zhuǎn)換12
2.4法拉第定律13
2.5實際電化學(xué)裝置的設(shè)計14
2.5.1實際電化學(xué)裝置的組成14
2.5.2實際電化學(xué)裝置設(shè)計示例15
復(fù)習(xí)題17

第3章 液態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電解質(zhì)18
3.1電解質(zhì)溶液與離子水化18
3.1.1溶液中電解質(zhì)的分類18
3.1.2水的結(jié)構(gòu)與水化焓18
3.1.3離子的水化膜20
3.1.4固/液界面的水化膜21
3.2電解質(zhì)溶液的活度22
3.2.1活度的概念22
3.2.2離子的平均活度23
3.2.3離子強(qiáng)度定律24
3.3電解質(zhì)溶液的電遷移25
3.3.1電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率25
3.3.2離子的淌度27
3.3.3離子遷移數(shù)29
3.3.4水溶液中質(zhì)子的導(dǎo)電機(jī)制30
3.4電解質(zhì)溶液的擴(kuò)散31
3.4.1Fick第一定律31
3.4.2Fick第二定律33
3.4.3擴(kuò)散系數(shù)34
3.5電解質(zhì)溶液的離子氛理論35
3.5.1離子氛的概念35
3.5.2松弛效應(yīng)與電泳效應(yīng)36
3.5.3盎薩格（Onsager）極限公式37
3.5.4交流電場和強(qiáng)電場對電解質(zhì)電導(dǎo)的影響37
3.6無機(jī)固體電解質(zhì)38
3.7聚合物電解質(zhì)39
3.8熔鹽電解質(zhì)41
3.8.1熔融電解質(zhì)41
3.8.2室溫離子液體42
復(fù)習(xí)題43

第4章 電化學(xué)熱力學(xué)45
4.1相間電勢與可逆電池45
4.1.1內(nèi)電勢與外電勢45
4.1.2界面電勢差47
4.1.3電化學(xué)勢與費米能級47
4.1.4可逆電池48
4.2電極電勢49
4.2.1氫標(biāo)電極電勢與Nernst方程50
4.2.2氫標(biāo)電極電勢在計算中的應(yīng)用51
4.2.3可逆電極52
4.3液體接界電勢53
4.4離子選擇性電極55
4.4.1膜電勢55
4.4.2玻璃電極56
4.4.3其他類型的離子選擇性電極57
復(fù)習(xí)題59

第5章 雙電層60
5.1雙電層簡介60
5.1.1雙電層的形成60
5.1.2離子雙層的形成條件61
5.1.3理想極化電極與理想不極化電極62
5.2雙電層結(jié)構(gòu)的研究方法63
5.2.1電毛細(xì)曲線63
5.2.2微分電容曲線65
5.2.3零電荷電勢67
5.2.4離子表面剩余量68
5.3雙電層結(jié)構(gòu)模型的發(fā)展69
5.3.1Helmholtz模型與Gouy-Chapman模型69
5.3.2Gouy-Chapman-Stern模型70
5.3.3Grahame模型與特性吸附76
5.3.4Bockris模型與溶劑層的影響79
5.4有機(jī)活性物質(zhì)在電極表面的吸附80
5.4.1有機(jī)物的可逆吸附81
5.4.2有機(jī)物的不可逆吸附84
復(fù)習(xí)題84

第6章 電化學(xué)動力學(xué)概論86
6.1電極的極化86
6.1.1極化與過電勢86
6.1.2極化曲線與三電極體系86
6.1.3穩(wěn)態(tài)極化曲線的測量89
6.1.4電化學(xué)工作站90
6.2不可逆電化學(xué)裝置90
6.3電極過程與電極反應(yīng)92
6.3.1電極過程歷程分析92
6.3.2電極反應(yīng)的特點與種類93
6.4電極過程的速率控制步驟94
6.4.1速率控制步驟94
6.4.2常見極化類型96
6.4.3電極過程的特征及研究方法96
復(fù)習(xí)題97

第7章 電化學(xué)極化99
7.1電化學(xué)動力學(xué)理論基礎(chǔ)99
7.1.1化學(xué)動力學(xué)回顧99
7.1.2電子轉(zhuǎn)移的動態(tài)平衡與極化本質(zhì)101
7.1.3電子轉(zhuǎn)移動力學(xué)理論發(fā)展簡介103
7.2電極動力學(xué)的Butler-Volmer模型104
7.2.1單電子反應(yīng)的Butler-Volmer公式104
7.2.2傳遞系數(shù)108
7.2.3標(biāo)準(zhǔn)速率常數(shù)108
7.2.4交換電流密度109
7.3單電子反應(yīng)的電化學(xué)極化111
7.3.1電化學(xué)極化下的Butler-Volmer公式111
7.3.2Tafel公式111
7.3.3線性極化公式113
7.4多電子反應(yīng)的電極動力學(xué)114
7.4.1多電子反應(yīng)的Butler-Volmer公式114
7.4.2多電子反應(yīng)的電化學(xué)極化117
7.4.3多電子反應(yīng)中控制步驟的計算數(shù)118
7.5電極反應(yīng)機(jī)理的研究118
7.5.1利用電化學(xué)極化曲線測量動力學(xué)參數(shù)119
7.5.2電極反應(yīng)的級數(shù)120
7.5.3平衡態(tài)近似與電極反應(yīng)歷程分析120
7.6分散層對電極反應(yīng)速率的影響——ψ1效應(yīng)122
7.6.1分散層電勢差對電極動力學(xué)的影響122
7.6.2考慮了ψ1電勢的動力學(xué)公式123
7.6.3過硫酸根離子還原極化曲線分析124
7.7平衡電勢與穩(wěn)定電勢125
7.7.1穩(wěn)定電勢125
7.7.2如何建立平衡電勢126
復(fù)習(xí)題127

第8章 濃度極化130
8.1液相傳質(zhì)130
8.1.1液相傳質(zhì)方式130
8.1.2液相傳質(zhì)流量131
8.1.3支持電解質(zhì)132
8.2擴(kuò)散與擴(kuò)散層133
8.2.1穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散與非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散133
8.2.2擴(kuò)散層134
8.3穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)規(guī)律135
8.3.1理想穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散135
8.3.2穩(wěn)態(tài)對流擴(kuò)散136
8.4可逆電極反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)濃度極化140
8.4.1產(chǎn)物不溶141
8.4.2產(chǎn)物可溶，且產(chǎn)物初始濃度為零142
8.4.3產(chǎn)物可溶，且產(chǎn)物初始濃度不為零144
8.5電化學(xué)極化與濃度極化共存時的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)規(guī)律145
8.5.1混合控制的穩(wěn)態(tài)動力學(xué)公式146
8.5.2電化學(xué)極化和濃度極化特點比較148
8.6流體動力學(xué)方法簡介149
8.6.1旋轉(zhuǎn)圓盤電極149
8.6.2旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極152
8.7電遷移對擴(kuò)散層中液相傳質(zhì)的影響153
8.8表面轉(zhuǎn)化步驟對電極過程的影響155
8.8.1表面轉(zhuǎn)化步驟控制時的動力學(xué)公式156
8.8.2均相表面轉(zhuǎn)化與液相傳質(zhì)共同控制時的動力學(xué)公式157
復(fù)習(xí)題159

第9章 基本暫態(tài)測量方法與極譜法161
9.1電勢階躍法161
9.1.1平面電極的大幅度電勢階躍163
9.1.2時間常數(shù)166
9.1.3微觀面積與表觀面積169
9.1.4球形電極的大幅度電勢階躍170
9.1.5微電極172
9.1.6準(zhǔn)可逆和不可逆電極反應(yīng)的電勢階躍174
9.2電流階躍法176
9.2.1電流階躍下的粒子濃度分布函數(shù)177
9.2.2可逆電極反應(yīng)的電勢-時間曲線179
9.2.3不可逆電極反應(yīng)的電勢-時間曲線181
9.2.4電極反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)測量方法小結(jié)182
9.3循環(huán)伏安法183
9.3.1掃描過程中的濃度分布曲線變化183
9.3.2可逆體系的循環(huán)伏安曲線185
9.3.3準(zhǔn)可逆和不可逆體系的循環(huán)伏安曲線187
9.3.4吸脫附體系的循環(huán)伏安曲線188
9.3.5雙層電容與溶液電阻對CV曲線的影響189
9.4電化學(xué)阻抗譜189
9.4.1電工學(xué)基礎(chǔ)知識190
9.4.2阻抗復(fù)平面圖191
9.4.3電化學(xué)體系的等效電路與阻抗譜192
9.4.4阻抗譜的半圓旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象與常相位元件195
9.4.5阻抗譜的數(shù)據(jù)處理與解析196
9.5滴汞電極與極譜法196
9.5.1滴汞電極197
9.5.2擴(kuò)散極譜電流198
9.5.3極譜波200
復(fù)習(xí)題202

第10章 實際電極過程204
10.1電催化概述204
10.2氫電極過程206
10.2.1氫在電極上的吸附206
10.2.2氫的陰極還原208
10.2.3氫的陽極氧化211
10.3氧電極過程213
10.3.1氧的陰極還原機(jī)理214
10.3.2氧在電極上的吸附216
10.3.3氧陰極還原的電催化劑216
10.3.4氧的陽極氧化機(jī)理218
10.4金屬陰極過程218
10.4.1金屬陰極過程基本特點219
10.4.2簡單金屬離子的陰極還原220
10.4.3金屬配離子的陰極還原221
10.4.4電結(jié)晶222
10.4.5電解法制備金屬粉末224
10.4.6電鑄225
10.5金屬陽極過程225
10.5.1正常的金屬陽極溶解過程225
10.5.2金屬的鈍化226
10.5.3金屬的自溶解228
10.5.4金屬腐蝕與防護(hù)230
10.5.5金屬電解加工與拋光233
10.5.6電池中鋅電極的陽極過程234
10.5.7鋁合金的陽極氧化235
復(fù)習(xí)題237

附錄 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢表（298.15K，101.325kPa）239

習(xí)題答案241

參考文獻(xiàn)242

符號表243