第1章电化学中电催化机理与电催化电极简介ppt课件.ppt

病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程第第1章章 电化学中的电催化机电化学中的电催化机理与电催化电极简介理与电催化电极简介 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1 电催化与催化基理电催化与催化基理1.2 化学修饰电极化学修饰电极1.3 形稳阳极形稳阳极1.4 铝熔盐电解催化电极研究铝熔盐电解催化电极研究1.5 其他催化电极其他催化电极病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1.1电催化的基本原理电催化的基本原理 一、概述一、概述二、电催化的类型与原理二、电催化的类型与原理病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1、电化学催化的定义、电化学催化的定义 整个电极反应中既不产生也不会消耗的物质，对整个电极反应中既不产生也不会消耗的物质，对电极反应的加速作用称为电极反应的加速作用称为电化学催化电化学催化 能催化电极反应的或者说对电极反应起加速作用能催化电极反应的或者说对电极反应起加速作用的物质称为的物质称为电催化剂电催化剂。

一、概述一、概述病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2 2、电催化的本质、电催化的本质: : 通过改变电极表面修饰物（或表面状态）或溶液相中的通过改变电极表面修饰物（或表面状态）或溶液相中的修饰物，大范围的改变反应的电极电势与反应速率修饰物，大范围的改变反应的电极电势与反应速率, ,使电极使电极除具有电子传递功能外除具有电子传递功能外, ,还能促进和选择电化学反应还能促进和选择电化学反应. . 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3 3、电催化反应的共性、电催化反应的共性反应过程包含反应过程包含两个以上的连续步骤两个以上的连续步骤，且在电极表面生成，且在电极表面生成化学化学吸附中间产物吸附中间产物许多由离子生成分子或使分子降解的电极反许多由离子生成分子或使分子降解的电极反应都属于此类反应应都属于此类反应分成两类分成两类：（1）离离子子或或分分子子通通过过电电子子传传递递步步骤骤在在电电极极表表面面上上产产生生吸吸附附中间物中间物，经过电化学脱附步骤或化学步骤生成稳定的分子。

经过电化学脱附步骤或化学步骤生成稳定的分子如酸性溶液中的氢析反应如酸性溶液中的氢析反应：H3O+ + M + e (M-H) + H2O (电子传递）电子传递）(M-H) + H3O+ + e H2+M+H2O（电化学吸附电化学吸附）2(M-H) H2+2M (表面复合表面复合）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程（2）反反应应物物在在电电极极上上进进行行解解离离式式或或缔缔合合式式化化学学吸吸附附，随随后后中中间间物物或或吸吸附附反反应应物物进进行行电电子子传传递递或或表表面面化化学学反反应应如甲醛的电化学氧化：如甲醛的电化学氧化：HCOOH+2MM-H+(M-COOH) （解离）解离）(M-H) M + H+ + e （电子传递）电子传递）(M-COOH) M+CO2+ H+e （电子传递）电子传递）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、电催化的特征二、电催化的特征1.主要特征：主要特征：受电极电位的影响受电极电位的影响其他影响因素：温度、浓度、压力其他影响因素：温度、浓度、压力表现在：表现在：化学吸附中间物的生成速度和表面覆盖度，与电极电位有关。

化学吸附中间物的生成速度和表面覆盖度，与电极电位有关金属电极表面电荷密度变化，从而电极表面可调变的金属电极表面电荷密度变化，从而电极表面可调变的Lewis酸酸-碱特征碱特征影响电极影响电极/溶液界面上离子的吸附和溶剂的取向溶液界面上离子的吸附和溶剂的取向吸附中间物常借助电子传递或其他化学吸附物进行脱附的速度吸附中间物常借助电子传递或其他化学吸附物进行脱附的速度病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.电极材料的改变，反应速度发生变化电极材料的改变，反应速度发生变化3.不同电极材料电解同种物质，产物不同不同电极材料电解同种物质，产物不同主效应：电极材料对反应活化能的影响主效应：电极材料对反应活化能的影响 特点：反应速度改变几个数量级特点：反应速度改变几个数量级次效应：电极材料改变双电层结构的影响次效应：电极材料改变双电层结构的影响 特点：反应速度变化已有特点：反应速度变化已有12个数量级个数量级病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程三、电催化剂应具备的条件三、电催化剂应具备的条件1.电极结构必须具有物理稳定性和电化学稳定性。

电极结构必须具有物理稳定性和电化学稳定性2.导电率高，具有电子导电性导电率高，具有电子导电性3.电催化活性优良电催化活性优良4.对反应具有高选择性，不易中毒失效对反应具有高选择性，不易中毒失效5.成本低廉、易得、具有安全性成本低廉、易得、具有安全性某些电极材料可在电极反应前或电极反应中活化，提高反应速度某些电极材料可在电极反应前或电极反应中活化，提高反应速度例如：交流脉冲法、超声波辐射例如：交流脉冲法、超声波辐射病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程二、催化电极的特性二、催化电极的特性满足的要求满足的要求q良好的稳定性：能承受杂质或中间产物的作用而不良好的稳定性：能承受杂质或中间产物的作用而不失活；失活；q良好的机械物理物质良好的机械物理物质q电子导体：具有良好的导电性，与导电材料（石墨、电子导体：具有良好的导电性，与导电材料（石墨、金属）结合后电阻小；金属）结合后电阻小；q高催化活性：加速所需的电化学反应，抵制不需要高催化活性：加速所需的电化学反应，抵制不需要的或有害的副反应；的或有害的副反应；q成本低廉、易得、具有安全性。

成本低廉、易得、具有安全性病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程四、电极的催化活性的判据四、电极的催化活性的判据1.交换电流密度i0相同过电位下，相同过电位下，i i0 0越大，反应物浓度越大，催化活性越越大，反应物浓度越大，催化活性越好i i0 0也是反应物浓度的函数也是反应物浓度的函数反应物浓度越大，反应物浓度越大， i i0 0越大，反应速率也越大越大，反应速率也越大病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程2.活化能W0活化能越低，反应在相同电位下速度越快活化能越低，反应在相同电位下速度越快3.塔费尔方程式中的斜率b(反应速度和过电位的关系)斜率b越大，在相同电流密度（相同反应速度）下过电位越高，也即在相同过电位下，斜率b越大，反应速度越小病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程五、常用的电催化剂五、常用的电催化剂电极的种类（按物质区分）电极的种类（按物质区分）金属电极金属电极合金电极合金电极半导体型氧化物电极半导体型氧化物电极金属配合物电极金属配合物电极病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程1 1）金属电极）金属电极 以金属作为电极反应界面的电极，除碱、碱土金属外，以金属作为电极反应界面的电极，除碱、碱土金属外，大多数金属作为电化学电极均有研究。

大多数金属作为电化学电极均有研究2 2）合金电极）合金电极 甲醇氧化用的钼锡合金，镍钼合金释氢活性阴极，电甲醇氧化用的钼锡合金，镍钼合金释氢活性阴极，电极铜、锌的铅银阳极极铜、锌的铅银阳极病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程3 3）金属氧化物电极）金属氧化物电极建立在半导体研究的基础上已有大规模的应用建立在半导体研究的基础上已有大规模的应用 ，如氯碱，如氯碱工业使用的工业使用的RuO2 电极（将活性材料附着在钛电极上形成电极（将活性材料附着在钛电极上形成形稳阳极）、铅酸电池中应用的形稳阳极）、铅酸电池中应用的PbO2电极等4 4）金属配合物电极）金属配合物电极过渡元素金属的酞菁化物和卟啉等过渡元素金属的酞菁化物和卟啉等病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程目前已知的电催化剂主要为目前已知的电催化剂主要为过渡金属及其化合物过渡金属及其化合物设计关键：选择过渡金属中心原子设计关键：选择过渡金属中心原子q 特特点点：过过渡渡金金属属的的原原子子结结构构中中都都含含有有空空余余的的d轨轨道道和和未未成成对对的的d电电子子，通通过过催催化化剂剂与与反反应应物物的的接接触触，催催化化剂剂空空余余d轨轨道道上上将将形形成成各各种种特特征征的的吸吸附附键键，达达到到分分子子活活化化的的目目的的，从从而而降降低低了了复复杂反应的活化能。

杂反应的活化能q 主要为含有主要为含有Ti, Ir, Pt, Ni, Ru等金属或合金及其氧化物如等金属或合金及其氧化物如RuO2/Ti电极，电极， RuO2-TiO2电极，电极， Pt/Ti电极，电极，Pt/GC电极电极病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(一一)吸附机理吸附机理: 催化剂本身在催化过程中并不发生氧化催化剂本身在催化过程中并不发生氧化还原反应还原反应.MSABA B + neM六、电催化作用机理六、电催化作用机理电催化的类型：电催化的类型： 吸附机理吸附机理, 氧化氧化还原机理还原机理 病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程吸附机理分为两类：吸附机理分为两类： 1.离子或分子通过电子传递步骤在电极表面上产生化学离子或分子通过电子传递步骤在电极表面上产生化学吸附中间物，随后化学吸附中间物经异相化学步骤或电化学吸附中间物，随后化学吸附中间物经异相化学步骤或电化学脱附步骤生成稳定的分子脱附步骤生成稳定的分子例如：某氧化反应例如：某氧化反应 反应机理：反应机理：或或（速度控制步骤（速度控制步骤化学脱附）化学脱附）（速度控制步骤（速度控制步骤电化学脱附）电化学脱附）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程氢气析出的电催化氢气析出的电催化氢气析出的过程：氢气析出的过程： 液相传质步骤：液相传质步骤：酸性介质：酸性介质：H3O+（溶液本体）溶液本体）H3O+（电极表面附近液层）电极表面附近液层）中性或碱性介质：中性或碱性介质：H2O或或OH-（溶液本体）溶液本体）H2O或或OH- （电极表面附近液层）电极表面附近液层）病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程电化学反应步骤：电化学反应步骤： 电化学还原产生吸附于电极表面的氢原子。

电化学还原产生吸附于电极表面的氢原子 酸性介质：酸性介质： H3O+ +e+MMH+H2O 中性或碱性介质中性或碱性介质： H2O +e+MMH+OH 。