材料電化學(xué)基礎(chǔ)

第1章  緒論
1.1　電化學(xué)的發(fā)展歷程與未來(lái)趨勢(shì)　001
1.1.1　電化學(xué)的發(fā)展歷程　001
1.1.2　電化學(xué)發(fā)展的必要性和迫切性　003
1.2　電化學(xué)基本概念　004
1.2.1　離子、電解質(zhì)與電荷的量子化　004
1.2.2　電解池與原電池　005
1.2.3　法拉第定律　006
1.2.4　量度單位制　007
1.3　電解液的基本概念　008
1.3.1　電解液概述　008
1.3.2　電解液電導(dǎo)率及其測(cè)量　008
1.3.3　離子遷移率與離子電導(dǎo)率　011
1.3.4　活度基本概念　012
例題　014
思考題　014
習(xí)題　015
第2章　相邊界的雙電層結(jié)構(gòu)
2.1　電極/溶液界面的基本結(jié)構(gòu)與性質(zhì)　016
2.1.1　離子的溶劑化　016
2.1.2　電極/溶液界面的基本結(jié)構(gòu)　018
2.1.3　斯特恩模型　020
2.1.4　緊密層的結(jié)構(gòu)　023
2.1.5　零電荷電勢(shì)　026
2.2　電毛細(xì)現(xiàn)象　027
2.2.1　電毛細(xì)曲線及其測(cè)定　027
2.2.2　電毛細(xì)曲線的微分方程　028
2.2.3　不可極化界面的電毛細(xì)方程　029
2.2.4　微分電容的測(cè)量　030
2.3　電極/溶液界面的吸附現(xiàn)象　032
2.3.1　吸附等溫線的形式　032
2.3.2　粒子在電極表面的吸附　034
2.3.3　研究電極表面吸附層的電化學(xué)方法　036
例題　037
思考題　039
習(xí)題　039
第3章  電極過(guò)程熱力學(xué)概述
3.1　相間電勢(shì)　041
3.1.1　內(nèi)電勢(shì)與外電勢(shì)　042
3.1.2　金屬接觸電勢(shì)　042
3.1.3　電極電勢(shì)　043
3.1.4　電勢(shì)與相對(duì)電勢(shì)　045
3.1.5　標(biāo)準(zhǔn)氫電極和標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)　045
3.1.6　液體接界電勢(shì)　047
3.2　吉布斯自由能與能斯特方程　049
3.2.1　電池電動(dòng)勢(shì)與Gibbs 自由能　049
3.2.2　電池反應(yīng)的摩爾熵變　050
3.2.3　電池反應(yīng)的摩爾焓變　050
3.2.4　電池可逆放電時(shí)的反應(yīng)熱　050
3.2.5　電池電動(dòng)勢(shì)與化學(xué)平衡常數(shù)的關(guān)系　050
3.2.6　能斯特方程　051
3.3　可逆電池與可逆電極　053
3.3.1　可逆電池　053
3.3.2　電池符號(hào)的表達(dá)方式　053
3.3.3　可逆電極的類(lèi)型　054
3.3.4　可逆電池的類(lèi)型　055
3.4　不可逆電極　058
3.4.1　不可逆電極的特征　058
3.4.2　不可逆電極的類(lèi)型　060
3.4.3　可逆/不可逆電勢(shì)的判定　060
3.5　φ-pH 圖及其應(yīng)用　061
3.5.1　φ-pH 圖的繪制方法及分類(lèi)　062
3.5.2　水的φ-pH 圖　063
3.5.3　Fe-H2 O 體系的φ-pH 圖及應(yīng)用　064
3.5.4　φ-pH 圖的局限性　066
例題　066
思考題　067
習(xí)題　068
第4章  電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)概述
4.1　電極的極化　069
4.1.1　電極極化現(xiàn)象　069
4.1.2　極化產(chǎn)生的原因　070
4.1.3　極化曲線　070
4.2　電化學(xué)體系極化　074
4.2.1　原電池的極化　074
4.2.2　電解池的極化　075
4.3　電極過(guò)程特征　076
4.3.1　電極過(guò)程的基本歷程　077
4.3.2　電極過(guò)程的速度控制步驟　078
例題　079
思考題　079
習(xí)題　080
第5章  液相傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)
5.1　液相傳質(zhì)方式　081
5.1.1　電遷移　081
5.1.2　對(duì)流　082
5.1.3　擴(kuò)散　082
5.1.4　三種傳質(zhì)方式的關(guān)系　083
5.2　穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程　084
5.2.1　不同條件下的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散　084
5.2.2　旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)電極　088
5.2.3　電遷移對(duì)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的影響　089
5.3　濃差極化方程　090
5.3.1　濃差極化規(guī)律　090
5.3.2　濃差極化的判別方法　094
5.4　非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過(guò)程　095
5.4.1　菲克第二定律　095
5.4.2　非穩(wěn)態(tài)過(guò)程的濃度變化　095
5.5　滴汞電極簡(jiǎn)介　103
5.5.1　滴汞電極基本性質(zhì)　104
5.5.2　極譜電流　104
5.5.3　極譜波　105
例題　107
思考題　109
習(xí)題　109
第6章  電子轉(zhuǎn)移步驟動(dòng)力學(xué)
6.1　電極電勢(shì)與電子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)的關(guān)系　111
6.1.1　電極電勢(shì)對(duì)電荷轉(zhuǎn)移步驟活化能的影響　111
6.1.2　電極電勢(shì)對(duì)電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)速率的影響　114
6.2　電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程的基本動(dòng)力學(xué)參數(shù)　115
6.2.1　傳遞系數(shù)　115
6.2.2　交換電流密度j0 　115
6.2.3　電極反應(yīng)速率常數(shù)K 　117
6.3　穩(wěn)態(tài)下的電化學(xué)極化規(guī)律　118
6.3.1　電化學(xué)極化的主要特征　119
6.3.2　巴特勒-伏爾摩方程式　119
6.4　多電子反應(yīng)的電極動(dòng)力學(xué)　123
6.4.1　電子分步轉(zhuǎn)移的電化學(xué)反應(yīng)　123
6.4.2　多電子轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)規(guī)律　125
6.4.3　雙電層結(jié)構(gòu)對(duì)電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的影響　126
6.4.4　濃度極化對(duì)電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律的影響（不考慮ψ1 效應(yīng)）　127
6.4.5　影響電極反應(yīng)速率的因素　129
例題　129
思考題　130
習(xí)題　130
第7章  氫、氧電極化過(guò)程
7.1　氫電極過(guò)程　131
7.1.1　氫電極　131
7.1.2　氫的陰極還原過(guò)程　131
7.1.3　析氫過(guò)電勢(shì)及其影響因素　133
7.1.4　氫陰極還原過(guò)程的機(jī)理　136
7.1.5　氫的陽(yáng)極氧化　139
7.2　氧電極過(guò)程　140
7.2.1　氧的陰極還原　140
7.2.2　氧的陽(yáng)極氧化　141
7.3　探究氣體電極過(guò)程的意義　142
例題　143
思考題　143
習(xí)題　144
第8章  金屬的電化學(xué)腐蝕過(guò)程
8.1　陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程的特點(diǎn)　145
8.2　金屬的鈍化　147
8.2.1　鈍化出現(xiàn)的原因　147
8.2.2　鈍化的影響因素　148
8.2.3　金屬鈍化理論　150
8.3　金屬的腐蝕　153
8.3.1　電化學(xué)腐蝕機(jī)理　153
8.3.2　金屬的腐蝕過(guò)程　157
8.3.3　金屬腐蝕的防護(hù)　160
例題　162
思考題　162
習(xí)題　163
第9章  金屬的電沉積過(guò)程
9.1　金屬的電沉積　164
9.1.1　電沉積的基本過(guò)程及實(shí)質(zhì)　164
9.1.2　電沉積的影響因素　165
9.2　金屬的陰極還原　174
9.2.1　金屬離子在溶液中的陰極還原　174
9.2.2　簡(jiǎn)單金屬離子的陰極還原　177
9.2.3　金屬絡(luò)離子的陰極還原　178
9.3　電沉積與電鍍　179
9.3.1　電沉積　179
9.3.2　電鍍　180
例題　181
思考題　181
習(xí)題　182
第10章  傳統(tǒng)電池
10.1　電池的基本性能參數(shù)　184
10.1.1　電池的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)　184
10.1.2　電池電動(dòng)勢(shì)　184
10.1.3　電極極化現(xiàn)象　186
10.1.4　電池容量　188
10.1.5　電池的效率　189
10.1.6　自放電現(xiàn)象　189
10.2　傳統(tǒng)一次電池　191
10.2.1　鋅錳干電池　191
10.2.2　堿錳干電池　193
10.3　傳統(tǒng)二次電池　195
10.3.1　鉛酸蓄電池　195
10.3.2　鎳基電池　197
10.3.3　鋰離子電池　198
10.4　燃料電池　200
10.4.1　燃料電池基礎(chǔ)　200
10.4.2　燃料電池的效率　202
例題　203
思考題　203
習(xí)題　204
第11章  新型能量轉(zhuǎn)化及儲(chǔ)能器件
11.1　超級(jí)電容器　205
11.1.1　超級(jí)電容器概述　206
11.1.2　超級(jí)電容器的分類(lèi)　209
11.1.3　超級(jí)電容器關(guān)鍵材料及實(shí)例分析　213
11.2　鋰硫電池　216
11.2.1　鋰硫電池概述　217
11.2.2　鋰硫電池關(guān)鍵材料及實(shí)例分析　220
11.3　鈉離子電池　226
11.3.1　鈉離子電池發(fā)展歷程與基本概念　226
11.3.2　鈉離子電池關(guān)鍵材料　227
11.3.3　實(shí)例分析　230
11.4　固態(tài)電池　233
11.4.1　固態(tài)電解質(zhì)概述　233
11.4.2　固態(tài)電解質(zhì)在電池中的實(shí)際應(yīng)用　237
例題　243
思考題　243
習(xí)題　244
第12章  電化學(xué)測(cè)試方法
12.1　電化學(xué)信號(hào)的測(cè)量　245
12.1.1　電極電勢(shì)的測(cè)量　245
12.1.2　極化電流的測(cè)量　246
12.1.3　工作電極　247
12.1.4　參比電極　249
12.1.5　輔助電極及鹽橋　252
12.1.6　電解池　254
12.2　電極動(dòng)力學(xué)過(guò)程參數(shù)的研究方法　255
12.2.1　穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)　255
12.2.2　暫態(tài)測(cè)量技術(shù)　256
12.2.3　控制電流的暫態(tài)測(cè)量技術(shù)　257
12.2.4　控制電勢(shì)的暫態(tài)測(cè)量技術(shù)　259
12.3　線性電勢(shì)掃描與循環(huán)伏安技術(shù)　262
12.3.1　線性電勢(shì)掃描技術(shù)　262
12.3.2　循環(huán)伏安技術(shù)　265
12.4　電化學(xué)阻抗譜　268
12.4.1　交流電路的基本性質(zhì)　268
12.4.2　法拉第阻抗及應(yīng)用　270
12.4.3　交流電化學(xué)阻抗譜　271
例題　273
思考題　273
習(xí)題　273
附錄
附錄一　常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)　274
附錄二　常見(jiàn)的溶度積（298.15K）　275
附錄三　常見(jiàn)的直接電荷轉(zhuǎn)移氣體反應(yīng)類(lèi)型　276
附錄四　常見(jiàn)的物理常量　276
參考文獻(xiàn)