電化學(xué)教程市公開課獲獎?wù)n件

1、第8章 氣體電極過程1第1頁第1頁氫陰極還原析氫反應(yīng)電解水負(fù)極反應(yīng)電解水制H2電解食鹽水主反應(yīng)許多水溶液工業(yè)電解、電鍍負(fù)極副反應(yīng)二次電池充電負(fù)極副反應(yīng)二次電池過放電正極副反應(yīng)金屬腐蝕共軛反應(yīng)析氫腐蝕酸性介質(zhì)常見2第2頁第2頁氫陽極氧化氫鎳電池、燃料電池負(fù)極放電反應(yīng)3第3頁第3頁氧陽極氧化電解水正極反應(yīng)電解水制O2許多水溶液工業(yè)電解、電鍍正極副反應(yīng)二次電池充電正極副反應(yīng)二次電池過放電負(fù)極副反應(yīng)4第4頁第4頁氧陰極還原空氣電池、燃料電池正極放電反應(yīng)金屬腐蝕共軛反應(yīng)吸氧腐蝕中性、堿性介質(zhì)常見細胞內(nèi)線粒體中實現(xiàn)O2還原也許也按電化學(xué)歷程進行5第5頁第5頁8.1 氫電極過程8.1.1 氫與氧在電極上吸附

2、6第6頁第6頁7第7頁第7頁8第8頁第8頁8.1.2 氫陰極還原機理a物理意義：氫在電極上還原時，單位電流密度下過電位。高析氫過電位金屬：a=1.0-1.5V中析氫過電位金屬：a=0.5-0.7V低析氫過電位金屬：a=0.1-0.3V9第9頁第9頁10第10頁第10頁11第11頁第11頁12第12頁第12頁反應(yīng)機理1 H+ +M +e- M-H電子轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)2 M-H + M-H H2+2M復(fù)合脫附環(huán)節(jié)3 M-H + H+ +e- H2+M 電化學(xué)脫附環(huán)節(jié)13第13頁第13頁高過電位金屬及Cu、Ag、Au等普通為：1（RDS）+ 3中、低過電位金屬處于混合控制區(qū)，隨極化大小不同機理睬發(fā)生轉(zhuǎn)化，比

3、較復(fù)雜。14第14頁第14頁15第15頁第15頁吸附氫在金屬內(nèi)擴散氫脆現(xiàn)象：氫在一些金屬上長時間析出，會使其機械強度大大減少，并往往能夠在金屬內(nèi)生成充有H2空泡，其中氫壓可達幾百個大氣壓。電鍍中鉻、鐵族鍍層易發(fā)生電解中利用其制備鉻粉、鐵粉過電勢傳遞現(xiàn)象：用金屬（如Fe、Pd）薄膜制成電極，使其兩側(cè)分別接觸不相通電解液，一側(cè)陰極極化，另一側(cè)電勢也負(fù)移。16第16頁第16頁8.1.3 氫陽極氧化當(dāng)溶液PH不太高時，氫氣電離過程只也許在一些貴金屬（Pt、Pd、Rh、Ir等)電極表面上發(fā)生在堿液中，氫電極平衡電勢負(fù)移了0.9伏左右，在Ni電極上也可實現(xiàn)這一過程，但極化普通不能不小于50mV，不然電極會

4、受到破壞17第17頁第17頁氧化環(huán)節(jié)分子氫溶解及擴散達到電極表面溶解氫在電極上離解吸附化學(xué)離解吸附電化學(xué)離解吸附吸附氫電化學(xué)氧化18第18頁第18頁8.2 氧電極過程8.2.1 氧陰極還原酸性溶液中為了避免金屬電極溶解，只能用Pt系元素和Au作電極堿性溶液中可用Fe、Co、Ni等處于鈍態(tài)金屬作電極，但表面氧化層對電化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)電性、催化活性會有影響19第19頁第19頁（1）特點涉及4個電子，歷程復(fù)雜，有50各種歷程方案可逆性差，J0很小（2）基本反應(yīng)歷程二電子路徑直接四電子路徑20第20頁第20頁氧還原“二電子路徑”21第21頁第21頁22第22頁第22頁23第23頁第23頁氧還原“直接四電

5、子路徑”24第24頁第24頁25第25頁第25頁（3）機理判斷試驗辦法RRDE極譜法26第26頁第26頁RRDE檢測雙氧水27第27頁第27頁28第28頁第28頁極譜法O2在Hg上還原出現(xiàn)兩個波，闡明反應(yīng)分兩段進行，為二電子路徑29第29頁第29頁8.2.2 氧分子吸附模式30第30頁第30頁Griffiths模式：能削弱OO鍵，有助于直接四電子還原。潔凈Pt表面Pauling模式：O2中只有一個O原子受到較強活化，有助于二電子路徑大多數(shù)材料橋式模式：兩個O原子同時活化，有助于直接四電子路徑碳電極31第31頁第31頁8.3 電催化（1）定義電極反應(yīng)中，電極或溶液中一些物質(zhì)能明顯影響電極反應(yīng)速度

6、，而其本身不發(fā)生任何凈改變作用，稱為電催化。能夠催化電極反應(yīng)物質(zhì)叫做電催化劑。32第32頁第32頁（2）電催化與普通化學(xué)催化 區(qū)別1.電催化與電極電位相關(guān)。2.不參與電極反應(yīng)離子和溶劑分子常對電催化有明顯影響。3.電催化可在較低溫度下起作用。33第33頁第33頁（3）影響電催化劑性能原因1.幾何原因。包括電催化劑比表面和表面狀態(tài)，各種晶面暴露程度等。2.能量原因。即反應(yīng)活化能。34第34頁第34頁（4）電催化劑必備性能1.有一定電子導(dǎo)電性。2.電化學(xué)穩(wěn)定性要好。3.有較高催化活性。35第35頁第35頁（5）電極電催化作用主要作用方式1.電極與活化絡(luò)合物間存在著互相作用。2.電極與吸附于其上反應(yīng)物或中間產(chǎn)物之間存在著互相作用。3.溶劑與溶質(zhì)在電催化劑上吸附作用。36第36頁第36頁（6）評價電催化劑性能辦法1. 比較J0，J0越大催化活性越好2. 比較可逆性本質(zhì)還是比較J0大小37第37頁第37頁思考題1試述在酸性溶液中H+離子還原為H 2分子幾個可能機理，并寫出反應(yīng)式。2為何H+離子在不同金屬上還原時，過電位數(shù)值有很大差異?3什么叫電催化?它與普通化學(xué)催化有何不同？怎樣判別電催化劑優(yōu)劣?38第38