應用電化學：緒論

緒論§1.1前言§1.2電化學科學的發(fā)展簡史§1.3電化學科學涉及的領域§1.4我國著名電化學家簡介§1.1前言1.什么是應用電化學----從氯堿工業(yè)說起現(xiàn)已形成三大電化學工業(yè)體系：電解、電池、電分析。電化學應用范圍很廣，在國民經(jīng)濟很多部門發(fā)揮巨大作用。電化學的實際應用大致分為：（1）電化學合成：如氯堿工業(yè)、合成己二腈。（2）金屬的提取與精煉：熔鹽電解制鋁、精煉銅。（3）化學電源：1859年普蘭特（Planet）發(fā)明了鉛酸電池。鋅錳電池；太陽能電池、燃料電池、手機中的鋰電池等。（4）金屬腐蝕與防護：電化學腐蝕與防護、緩蝕劑。（5）物體表面修飾：電鍍、電泳涂漆。（6）電化學分離技術：電滲析、電浮離等。（7）電化學分析技術：應用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)保及醫(yī)藥衛(wèi)生等。2.電化學應用領域§1.2電化學科學的發(fā)展簡史1.電化學熱力學發(fā)展（1799~1905）

1799意大利物理學家伏打發(fā)明第一個化學電源1833法拉第定律1870亥姆霍茨提出雙電層概念

1889能斯特提出電極電位公式

1905塔菲爾提出塔菲爾公式2.電化學動力學發(fā)展（20世紀40年代）電化學動力學：研究電極反應速度及其影響因素弗魯姆金等析氫過程動力學雙電層結構研究取得進展格來亨用滴汞電極研究兩類導體界面3.理論和實驗技術突破性進展（20世紀60年代）

理論方面：非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程動力學表面轉化步驟復雜電極過程電子傳遞理論R.A.Marcus1992諾貝爾化學獎

實驗技術方面：界面交流阻抗法暫態(tài)測試方法線性電位掃描法旋轉圓盤電極系統(tǒng)電化學in-situ測試技術4.電化學理論新發(fā)展（20世紀80年代以后）

將量子力學引進電化學領域形成量子電化學。與環(huán)境科學結合形成環(huán)境電化學。與材料結合形成材料電化學。與光結合形成光電化學。

與半導體結合形成半導體電化學。與生物化學結合形成生物電化學等等。

德國科學家（GerhardErtl）因?qū)腆w表面化學研究取得的杰出成就榮獲2007年度諾貝爾化學獎。

10月10日，瑞典皇家科學院發(fā)布的頒獎聲明稱，埃特爾在表面化學方面進行了開創(chuàng)性的研究，這些研究對化學工業(yè)非常重要，同時也幫助人們理解各種不同的化學過程，比如鐵是如何生銹的、燃料電池如何工作以及汽車催化劑如何發(fā)揮作用，甚至可以解釋臭氧層為何遭受破壞等等。（1）電化學概念內(nèi)涵的改變電化學（近代約1800-1940年）電化學是研究電能和化學能之間的相互轉化及轉化過程中有關現(xiàn)象的科學。電化學（現(xiàn)代約1940-1980年）是研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學。電化學（1980年以后）是控制離子、電子、量子、導體、半導體、介電體間的界面及本體溶液中荷電粒子的存在和移動的科學技術。電化學是邊緣學科interdisciplinary/多領域跨學科multidisciplinar/超領域transdisciplinary量子電化學quantumelectrochemistry1999年提出了“電化學材料科學（ElectrochemicalMaterialsScience，EMS）”的概念?！?.3電化學科學涉及的領域目前國際上認為，電化學材料科學可劃分為材料的電化學制備學、材料的電化學、電化學的材料學三個大的方面.具體研究內(nèi)容包括能源材料、材料電化學制備、電極材料、電解材料、電池材料、表面工程、電化學加工、電化學傳感信息材料、材料腐蝕與防護技術、材料的電化學表征等。特征：電化學領域橫跨純自然科學（理學）和應用自然科學（工程、技術）兩大方面，而且各個領域都建立在共同的基礎（電化學）之上。1980年以后在跨學科和邊緣領域取得了極大的進展。應用領域非常廣，這也表現(xiàn)在學術組織上，目前國際電化學學會（internationalsocietyofelectrochemistry,縮寫ISE）將其會員的活動分為8個大組進行，各自涵蓋的學術領域如下:

一、界面電化學固/液導電表面和界面的結構狀況雙電層結構電子和離子轉移過程的理論電催化理論光電化學電化學體系的統(tǒng)計力學和量子力學方法二、電子導電相和離子導電相金屬、半導體、固態(tài)離子導體、熔鹽、電解質(zhì)溶液、離子/電子導電聚合物，以及嵌入化合物等的熱力學和傳輸性質(zhì)。三、分析電化學用于化學分析、檢測和過程控制的電化學方法與裝置（如直流電法、交流電法和電位法等技術）電化學傳感器（包括離子選擇性電極和固態(tài)器件）。四、分子電化學無機物、有機物和金屬有機化合物電極過程的機理和結構狀況，以及在合成中的應用。五、電化學能量轉換能量的電化學產(chǎn)生、傳輸和儲存蓄電池燃料電池光電化學過程與裝置六、腐蝕、電沉積和表面處理材料腐蝕與保護的電化學鈍化電化學固相沉積與溶解過程的理論應用（包括電鍍、電拋光、微建造和電化學成型）七、工業(yè)電化學和電化學工程工業(yè)電化學過程的基本概念及工藝學環(huán)境及能量狀況電解槽設計、放大與優(yōu)化電化學反應器理論質(zhì)量、動量和電量傳遞的基本問題工程應用的電化學裝置八、生物電化學生物體系組分的氧化還原過程生物膜及其模型物的電化學電化學生物傳感器電化學技術在生物醫(yī)學中的應用由此可見，現(xiàn)代電化學是一門交叉學科，也是應用前景非常明顯的學科。在過去的半個世紀中，電化學已為解決能源、材料、環(huán)境等的相關問題發(fā)揮了不可低估的作用，毫無疑問，在21世紀中該學科必將繼續(xù)為解決人類面臨的這些重大問題發(fā)揮更加顯著的作用。1．高性能儲氫/制氫和儲鋰新體系及聚合物電解質(zhì)中氫離子和鋰離子的傳輸機理

2．直接型燃料電池新體系和生物燃料電池；

3．用輕元素及其化合物組成儲/制氫材料及可充電多電子過渡金屬化合物電極；

4．超級電容器和氧化還原液流電池等特殊電化學儲電裝置；

5．質(zhì)子膜燃料電池的成流機理和衰退機理和新型質(zhì)子膜材料；

6．（公交）車用動力電池的衰退機理和循環(huán)及再生回收；

7．基于光電化學原理的新光伏電池體系和電池運行新型機制。

我國電化學“十一五”學科發(fā)展規(guī)劃一移動式電源和再生式能源是當今能源發(fā)展中的重要方面發(fā)展各類材料的電化學制備新方法

1．電化學方法制備新型環(huán)境友好和生物醫(yī)用材料；

2．新型低能耗的電化學制備材料方法；3．基于電化學原理的新型微米/納米加工方法；

4．基于離子液體體系的電化學新方法等；

5．材料保護、防腐、循環(huán)使用(包括材料表面處理)的電化學新方法。1．生物膜與仿生界面的電荷傳輸、物質(zhì)傳輸與能量轉換以及生物膜內(nèi)源性電場的實驗和理論；

2．生命活動過程中的電生理現(xiàn)象（肌肉、神經(jīng)、腦等等）的電化學機制探索；

3．研究生物大分子的電子傳遞機制及分子間弱相互作用的（譜學）電化學方法；

4．對細胞各種行為的影響和控制的電化學方法；

5．生命活動過程電活性粒子（物質(zhì)）的定向有序?qū)Ｒ坏膫鬟f、傳導或轉移。

基于生命體系中廣泛存在（電解質(zhì)）水和各類電荷傳輸?shù)奶攸c，電化學在生命領域所扮演的重要角色將日益凸現(xiàn)1．芯片、微傳感器和微系統(tǒng)制造過程中的電化學技術和理論;

2．結合微系統(tǒng)技術制備微電解池和微電池體系以及組合電化學體系；

3．基于微系統(tǒng)技術的電化學傳感器微型化和集成化；

4．超分子化學、自組裝、分子印跡和分子遺傳學等在電化學傳感器的應用；5．電化學法制備納米器件或分子器件的探索。四電化學在信息和環(huán)境領域中的最大挑戰(zhàn)是在微芯片、微傳感器和微系統(tǒng)制造方面的研究工作1．復雜電化學相界（如三相界、固－固、膜－液、液－液等）的結構、