《电极材料和膜材料》PPT课件

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1、第四章电极材料和膜材料参考书籍：《功能电极材料及其应用》，刘业翔，1996《化学修饰电极》，金利通，1992《电极技术手册》，奥立龙公司，1998《金属阳极》，陈康宁，1989本章主要内容：1、碳和石墨电极2、金属氧化物电极3、其它的不溶性阳极材料4、阴极材料5、多孔性隔膜6、离子交换膜4－1碳和石墨电极碳和石墨是电化学工业中应用最广泛的非金属电极材料。它既可作为阳极及阴极材料，又可作为电催化剂载体、电极导电组分或骨架、集流体。工作介质：水溶液和熔融盐。碳和石墨在电化学中的应用发展：首先用于Volta电池，1896年Acheson研制人造石墨的成功，具有重大意义

2、，它首先被用于氯碱工业。碳和石墨在电化学应用中具有的优缺点：优点：（1）导电及导热性能好。（2）具有较好的耐蚀性。（3）易加工为各种形态及不同形状的电极。（4）价廉、易得。缺点：机械强度较低、易磨损，可在一定条件下氧化损耗。一、碳和石墨的结构碳的典型形态：等轴晶系的金钢石、六方晶形的石墨、非晶体的无定形碳。碳和石墨的结构：碳和石墨制品压制、烧结后，内部存在大量微孔，工业上常用孔隙率、假密度、真密度表征这一结构特点。石墨的晶格结构：二、碳和石墨的机械物理性质机械物理性质：电阻率、机械强度。三、碳和石墨的化学性质和电化学性质化学性质：比较稳定，在常温下与各种气体不发

3、生化学反应。明显氧化反应：无定形碳，350℃。石墨，450℃。反应速度与碳材料的结构、气体压力有关。除与强氧化性酸(如浓硫酸、浓硝酸、王水)及盐作用外，在一般的电解液中是稳定的。电化学性质：阳极材料(影响其阳极腐蚀的因素)：溶液的浓度、PH值、碳材料的特点酸性溶液：电化学氧化造成电极的损耗，不仅使外层碳原子生成CO和CO2，且可造成石墨膨胀、剥离碱性溶液：碳材料的腐蚀较弱。阴极材料：不致发生电化学腐蚀，研究焦点：电催化活性。四、碳和石墨在工业电解中的应用1、在氯碱工业和工业电解中的应用阳极析氯：析氯过电位低、导电好、易加工、价廉阳极析氧：由于阳极析氧产生的石墨氧

4、化及由于机械强度差产生的损耗，使极距增大、槽压升高，且堵塞隔膜，因而必须定期（6－8个月）更换石墨阳极和隔膜。四、碳和石墨在工业电解中的应用1、在氯碱工业和工业电解中的应用采用浸渍法可减小碳和石墨的孔隙率，延长其使用寿命。浸渍法：用桐油、石蜡和四氯化碳、一些树脂或清漆浸渍阳极的根部。2、碳和石墨在有机电合成中的应用阳极材料：在以阳极氧化制取产品时，电极的溶解成为严重问题，性能稳定的玻璃碳电极在有机电合成中得到成功的应用，可取代铂电极。阴极材料：由于碳和石墨表面析氢过电位较高，在以阴极还原反应形成产物的电解合成中，是合适的阴极材料，可获得较高的产率及电流效率。碳和

5、石墨在有机电合成中的应用3、碳和石墨在水处理中的应用利用碳材料高的比表面、良好的渗透性及价廉易得的优点，可在水处理中作为电解沉积、离子交换及电吸附的电极材料，回收其中的金属离子、除盐及净水。如：采用多孔的碳和石墨电极，以电解方法，可将Cu2+从浓度很低（10-2～10-4mol/L)的污水中回收，使其浓度下降为1％或更低。4、碳和石墨在熔盐电解中的应用石墨阳极：熔盐电解制取镁、钠、锂等金属碳阳极：铝电解预焙式电解槽：碳阳极自熔式电解槽：碳阳极糊，在槽外配置好后，插入电槽，利用电槽的高温烧结成型。石墨阳极和碳电极在电解时发生阳极氧化，生成属于消耗性的活性阳极。4－

6、2金属氧化物电极金属氧化物电极：将具有电催化活性的金属氧化物附载于基体表面。过渡金属氧化物具有良好的电催化活性，按其结构可分为三类：金红石型氧化物、尖晶石型氧化物、钙钛矿型氧化物电催化剂基体的基本要求：良好的电子导电性；稳定耐蚀。一、金属阳极（DSA)金属阳极的发展：广义的金属阳极，根据电催化剂的组成，分为：铂系、非铂系。①铂对析氯反应具有良好的电催化活性，但价格昂贵，仅在19世纪人造石墨最出现前有所应用。②1913年，Stevens提出在钨表面镀铂的阳极，但性能欠佳，未能应用。③Beer在50年代提出了钛极镀铂阳极的专利，然而因铂损耗大且昂贵，未能推广应用。④

7、60年代中叶，Beer研究出了所谓的“金属阳极”，并实现商品化生产，在氯碱工业中迅速推广，几乎取代了石墨阳极，被称为“现代电催化中最辉煌的成就”。金属阳极（形稳阳极）：以钛为基体，以RuO2和TiO2为电催化剂基本组分的金属氧化物电极。一、金属阳极（DSA)1、DSA的特点（用于氯化物介质中析氯电极反应）（1）电催化活性高，使析Cl2过电位明显降低，从而减小了槽压和能耗。（2）在氯化物介质中耐蚀，工作寿命长，电极尺寸稳定，电极间距不变，槽压稳定，有利于电解槽长期稳定工作。（3）由于析氯过电位低，可提高电流密度，即生产强度，使电化学反应器的时空产率大为提高。i=1

8、550A/m2，石墨阳极