電化學基礎教程（第二版）

第1章 緒論1
1.1電化學簡介1
1.2電化學的歷史2
1.3電化學研究領域的發(fā)展4
1.4本書結構與學習方法6
復習題6

第2章 導體和電化學體系7
2.1電學基礎知識7
2.1.1電場與電勢7
2.1.2導體及其在電場中的性質(zhì)8
2.2兩類導體的導電機理9
2.2.1電子導體的導電機理9
2.2.2離子導體的導電機理10
2.3電化學體系11
2.3.1兩類電化學裝置11
2.3.2從電子導電到離子導電的轉(zhuǎn)換12
2.4法拉第定律13
2.5實際電化學裝置的設計14
2.5.1實際電化學裝置的組成14
2.5.2實際電化學裝置設計示例15
復習題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水的結構與水化焓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)子的導電機制30
3.4電解質(zhì)溶液的擴散31
3.4.1Fick第一定律31
3.4.2Fick第二定律33
3.4.3擴散系數(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松弛效應與電泳效應36
3.5.3盎薩格（Onsager）極限公式37
3.5.4交流電場和強電場對電解質(zhì)電導的影響37
3.6無機固體電解質(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
復習題43

第4章 電化學熱力學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氫標電極電勢與Nernst方程50
4.2.2氫標電極電勢在計算中的應用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
復習題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雙電層結構的研究方法63
5.2.1電毛細曲線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雙電層結構模型的發(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有機活性物質(zhì)在電極表面的吸附80
5.4.1有機物的可逆吸附81
5.4.2有機物的不可逆吸附84
復習題84

第6章 電化學動力學概論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電化學工作站90
6.2不可逆電化學裝置90
6.3電極過程與電極反應92
6.3.1電極過程歷程分析92
6.3.2電極反應的特點與種類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
復習題97

第7章 電化學極化99
7.1電化學動力學理論基礎99
7.1.1化學動力學回顧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)移動力學理論發(fā)展簡介103
7.2電極動力學的Butler-Volmer模型104
7.2.1單電子反應的Butler-Volmer公式104
7.2.2傳遞系數(shù)108
7.2.3標準速率常數(shù)108
7.2.4交換電流密度109
7.3單電子反應的電化學極化111
7.3.1電化學極化下的Butler-Volmer公式111
7.3.2Tafel公式111
7.3.3線性極化公式113
7.4多電子反應的電極動力學114
7.4.1多電子反應的Butler-Volmer公式114
7.4.2多電子反應的電化學極化117
7.4.3多電子反應中控制步驟的計算數(shù)118
7.5電極反應機理的研究118
7.5.1利用電化學極化曲線測量動力學參數(shù)119
7.5.2電極反應的級數(shù)120
7.5.3平衡態(tài)近似與電極反應歷程分析120
7.6分散層對電極反應速率的影響——ψ1效應122
7.6.1分散層電勢差對電極動力學的影響122
7.6.2考慮了ψ1電勢的動力學公式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
復習題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擴散與擴散層133
8.2.1穩(wěn)態(tài)擴散與非穩(wěn)態(tài)擴散133
8.2.2擴散層134
8.3穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)規(guī)律135
8.3.1理想穩(wěn)態(tài)擴散135
8.3.2穩(wěn)態(tài)對流擴散136
8.4可逆電極反應的穩(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電化學極化與濃度極化共存時的穩(wěn)態(tài)動力學規(guī)律145
8.5.1混合控制的穩(wěn)態(tài)動力學公式146
8.5.2電化學極化和濃度極化特點比較148
8.6流體動力學方法簡介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公式157
復習題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準可逆和不可逆電極反應的電勢階躍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可逆電極反應的電勢-時間曲線179
9.2.3不可逆電極反應的電勢-時間曲線181
9.2.4電極反應動力學參數(shù)測量方法小結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電化學阻抗譜189
9.4.1電工學基礎知識190
9.4.2阻抗復平面圖191
9.4.3電化學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擴散極譜電流198
9.5.3極譜波200
復習題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
復習題237

附錄 標準電極電勢表（298.15K，101.325kPa）239

習題答案241

參考文獻242

符號表243