電化學應用基礎

目錄
前言
第1章 電化學池組成及熱力學 1
1.1 電解質(zhì)與電導率 1
1.1.1 液體電解質(zhì)的電導率 2
1.1.2 固相電解質(zhì)的電導率 3
1.1.3 固相電解質(zhì)的面電阻 7
1.2 電極電勢與電池的電動勢 7
1.2.1 電極的分類 7
1.2.2 能斯特方程 10
1.2.3 電極電勢與電池電動勢的測定 10
1.2.4 液接電位 13
1.2.5 膜電位 14
1.2.6 熱力學與電化學 15
參考文獻 21
第2章 電極過程動力學 22
2.1 概述 22
2.1.1 電化學反應 22
2.1.2 電極過程及其影響因素 23
2.1.3 電極系統(tǒng)的極化 27
2.2 非法拉第過程和電極/溶液界面結構 29
2.2.1 非法拉第過程和電極系統(tǒng)的電容 29
2.2.2 電極/溶液界面結構 30
2.3 影響電極反應速率的因素 32
2.3.1 濃差極化控制的反應 33
2.3.2 電化學極化控制的反應 40
2.3.3 極化曲線測試及電化學極化與濃差極化聯(lián)合控制的反應 44
2.3.4 循環(huán)伏安技術 46
2.3.5 極化對電化學池電壓的影響 49
參考文獻 49
第3章 金屬電沉積 50
3.1 金屬電沉積過程 50
3.1.1 金屬電沉積的基本歷程 50
3.1.2 金屬電沉積動力 51
3.2 電結晶 52
3.2.1 晶核的形成與長大 52
3.2.2 成核過程動力學 53
3.2.3 晶體的生長 55
3.3 電沉積層的形態(tài)結構 57
3.3.1 典型的電結晶生長形態(tài) 57
3.3.2 電沉積層的生長取向 58
3.3.3 影響電沉積層結構的因素 59
3.4 合金電沉積 62
3.4.1 合金電沉積的特點 62
3.4.2 合金電沉積的基本條件 62
3.4.3 實現(xiàn)合金電沉積的措施 63
3.4.4 合金電沉積的影響因素 63
3.4.5 合金電沉積的組成 64
3.4.6 合金電沉積的陰極極化曲線 65
3.5 復合電沉積 68
3.5.1 復合電沉積基本原理 68
3.5.2 影響復合電沉積的因素 69
3.5.3 復合電沉積常用的固體微粒 70
3.6 電沉積溶液的類型 70
3.6.1 水系電沉積液 70
3.6.2 有機電沉積液 71
3.6.3 熔鹽電沉積液 72
3.6.4 離子液體電沉積液 72
3.6.5 深共晶電沉積液 75
3.7 金屬電沉積指標參數(shù) 76
3.7.1 槽電壓 76
3.7.2 電流效率 77
3.7.3 電能效率 78
參考文獻 78
第4章 電化學催化 79
4.1 電化學催化反應的基本步驟 79
4.2 電化學催化反應的研究方法 80
4.3 水裂解反應 81
4.3.1 析氫反應步驟 81
4.3.2 析氫反應極化曲線 83
4.3.3 析氫反應Tafel 斜率的測算 83
4.3.4 析氫反應催化劑 85
4.3.5 析氧反應 87
4.4 甲醇的電催化氧化 88
4.4.1 甲醇電催化氧化機理 88
4.4.2 甲醇氧化反應的電催化劑 88
4.5 甲酸？甲酸鹽的電催化氧化 89
4.5.1 甲酸陽極氧化機理 90
4.5.2 甲酸根陽極氧化機理 91
4.5.3 甲酸？甲酸鹽氧化反應的電催化劑 92
參考文獻 94
第5章 燃料電池 98
5.1 化學電池概述 98
5.2 燃料電池簡介 99
5.2.1 燃料電池及其種類 101
5.2.2 燃料電池工作原理 102
5.2.3 燃料電池的優(yōu)缺點 102
5.3 燃料電池的性能 103
5.3.1 燃料電池熱力學 103
5.3.2 燃料電池的能效 107
5.3.3 燃料電池動力學 109
5.3.4 燃料電池的傳質(zhì) 112
5.4 燃料電池的性能表征 113
5.4.1 現(xiàn)場電化學表征技術 113
5.4.2 非現(xiàn)場表征技術 116
5.5 中低溫燃料電池 118
5.5.1 磷酸燃料電池 118
5.5.2 堿性燃料電池 120
5.5.3 質(zhì)子交換膜燃料電池 122
5.5.4 陰離子交換膜燃料電池 127
5.5.5 直接醇燃料電池 129
5.6 高溫燃料電池 131
5.6.1 熔融碳酸鹽燃料電池 131
5.6.2 固體氧化物燃料電池 134
5.7 其他燃料電池 137
5.7.1 生物燃料電池 137
5.7.2 質(zhì)子陶瓷燃料電池 140
5.7.3 氧化還原液流電池 141
參考文獻 143
第6章 超級電容器 146
6.1 超級電容器分類 146
6.1.1 雙電層電容器 147
6.1.2 贗電容器 148
6.1.3 非對稱超級電容器 152
6.2 超級電容器及其電極材料電化學性能測試方法 154
6.2.1 超級電容器電極材料電化學性能測試方法 154
6.2.2 超級電容器電化學性能測試方法 158
6.3 超級電容器電極材料 159
6.3.1 雙電層電極材料 160
6.3.2 贗電容電極材料 166
6.3.3 復合電極材料 175
參考文獻 184
第7章 電化學傳感器 187
7.1 概述 187
7.2 電化學傳感器的基本類型 188
7.3 離子傳感器 190
7.3.1 非晶體膜傳感器 190
7.3.2 晶體膜傳感器 191
7.4 電化學氣體傳感器 192
7.5 電化學生物傳感器 193
7.5.1 發(fā)展進程 193
7.5.2 結構和分類 194
7.5.3 電化學酶傳感器 194
7.5.4 電化學非酶傳感器 196
7.6 傳感性能評價 196
7.6.1 選擇性 197
7.6.2 適用的濃度范圍 197
7.6.3 靈敏度和檢測極限 200
7.6.4 穩(wěn)定性 201
參考文獻 201
第8章 金屬電化學腐蝕與防護 204
8.1 金屬腐蝕 204
8.2 金屬電化學腐蝕 205
8.2.1 金屬電化學腐蝕原理 205
8.2.2 腐蝕電池類型 206
8.3 金屬的腐蝕形態(tài) 208
8.3.1 全面腐蝕 208
8.3.2 局部腐蝕 209
8.4 金屬腐蝕速率的標定 211
8.4.1 質(zhì)量法 211
8.4.2 厚度法 211
8.4.3 容量法 212
8.4.4 電流法 213
8.5 測定金屬自腐蝕速率的電化學方法 213
8.5.1 金屬腐蝕動力學基本方程 213
8.5.2 強極化區(qū)的Tafel 直線外推法求自腐蝕速率 217
8.5.3 微極化區(qū)線性極化法求自腐蝕速率 218
8.5.4 弱極化區(qū)三點法求自腐蝕速率 219
8.6 伊文斯腐蝕極化圖及其應用 220
8.6.1 腐蝕極化圖 220
8.6.2 腐蝕極化圖的應用 221
8.7 金屬的電化學保護 221
8.7.1 陽極保護法 222
8.7.2 陰極保護法 223
參考文獻 225