电化学论文（整理）

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1、《电化学理论》结课论文专业：材料科学与工程班级：材研1008班学号：S20100800姓名：赵腾飞手机号:15201452449邮箱：zhaotengfei2100@126・com“电极/溶液”界面的结构与基本性质摘要：木文从“电极/溶液”相关的概念、研究意义着手进一步阐述了“电极/溶液”界面的结构与其基本性质。介绍了电毛细曲线和微电容曲线以及零电荷电势的确定及其重要的研究意义。介绍了电极模型的发展概况，无机分子在“电极/溶液”界而上的吸附情况。1.研究“电极/溶液”界面性质的意义许多人认为电极反应的进行深度是由扩散过程控制的，其实不然，许多电极反应当电极电势偏离平衡

2、值十分之几伏，甚至超过IV时，屯流密度仍然小于扩散极限值，纯粹由扩散速度控制的电流值应在距平衡电势仅几十毫伏的电势范围内迅速上升到接近极限值。所以电极反应速度很大叮能是由界面反应本身缓慢进行所导致的。而在各种界面反应中，电化学步骤（反应粒了得到或失去电了的步骤）对界面反应的动力学性质有很大的影响。我们研究“电极/溶液”界面的性质FI的有弄清界面性质对界面反应速度的影响，同时研究“电极/溶液”界面性质本身也具冇基础意义。在不同的电极表面上，同一电极反应的进行速度的进行速度可以很大不同，有时差别甚至超过io个数量级。导致电极反应“反应能力”有如此不同的主要因素大致可以归纳

3、为两个方面：一是，电极材料的化学性质和表面状况对电极反应速度（电极反应的活化能）有很大影响。如在同一电极电势卜：氢在钠电极上的析出速度要比在汞电极上的析出速度大10】°倍以上。我们称这样影响电极表面反应能力的因索为“化学因索”。二是，“电极/溶液”界面上的电场强度对电化学反应的活化能有很大影响。在同一个电极表而上，同一电极反应的进行速度可以随着电极电势的改变而很大的变化。对于许多电极反应，只要电极电势改变100~200mV,就可以使反应速度改变10倍。通常电极电势的变化范围为1~2V,因此，通过改变电极电势，也能使电极反应速度约改变10个数量级。我们称这些因素为影响电

4、极反应速度的“电场因素”。“化学因素”和“电场因素”的引用是为了讨论的方便。这两方面的因素中“化学因素”无疑是非常重要的，通过控制这些因素可以大幅度地改变电极反应速度。若仅依靠改变电极电势来控制电极反应速度往往需耍消耗额外的能力有时述会引起冇害的副反应。然而，对电极和溶液两相间的电势差和界而层屮的电势分布情况也是十分重要的。2.相间电势和电极电势2.1实物相的电势在真空小任何一点的“电势”等于将一个单位正电荷自无穷远处（参考零电势处）移至该点时所作的功。这时可以不考虑非库仑力的作用，而在“实物相”屮的一点情况则要复杂的多（假设研究对彖是一个由良导电体构成的球）。此时,

5、可以把试验电荷的转移过程分为两个阶段：设想将试验电荷口无穷远处移至距球面约10'4-10-5cm处。在这一过程中，可认为镜像电荷效应可以忽视，且球体与试验电荷Z间的短程力尚未开始作用。然而，由于库仑力是一种长程力，若将试验电荷自无穷远处移到距球而这样近的距离，所作的功（WQ事实上已相应于球体所带净电荷与试验电荷Z间库仑相互作用引起的全部静电势。这一电势数值称为球体的外部电势（屮），也就是所带净电荷引起的电势（Wi=ze0

6、/^此处ze°为试验电荷所带的电量）。2•设想试验电荷越过球而而达到球的内部。这一•过程所涉及的能量变化包括两个组成部分，即越过表而电势（％）所作

7、的电功（W2）和由丁•试验电荷与组成球体的物质粒子Z间的短程相互作用而引起的自由能变化（

8、l）o若设想后一种相互作用不存在，或是想象能不破坏球体内的电荷和偶极分布情况而在球体内部创立一个“空穴”，则将试验电荷口无穷远处移至这种“空穴”屮所涉及的全部能量变化仅为W1+W2O与此相应的电势二（W1+W2）/zeo，称为带电球体的“内部电势”，其数值等于屮+〃显然，不论“外部电势”或“内部电势”都只决定丁球体所带的净电荷及球而上的电荷与偶极子等的分布情况，而与试验电荷及组成球体物质的化学木质无关。若不能忽略组成球体物质与试验电荷Z间的短程相互作用，则将试验电荷门无穷远处移至

9、球体内部时所涉及的全部能量变化为W1+W2+M=u,称为该试验电荷在球体内部的“电化学势”。此时显然有u=

10、i+ze0=

11、i+zc0（屮+咒）。“电化学势”的数值不仅决定于球体所带电荷的数量及分布情况，述与试验电荷及组成球体物质的化学本质有关。另一个常用到的参数是粒子的脱出功（W»其定义为将i粒子从实物相内部逸出至表面近处真空中所需要作的功。2.2相间电势差以上讨论的是一个孤立相的电势，不难推想，涉及两相A,BZ间的电势差也有几种定义，其中较常用的有三种：1）外部电势差，又称“伏打（Volta）电势差”其定义为屮B.屮a；2）内部电势差，又称“伽伐尼