Tafel公式及其应用.ppt

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1、Tafel公式及其应用汇报人：电化学原理研究课题——1.2.3.4.Tafel小传Tafel公式Tafel公式的应用Q&A1.2.3.4.Tafel小传Tafel公式Tafel公式的应用Q&AJuliusTafel（1862-1918）出生在瑞士，年轻时就读于慕尼黑大学，一开始师从Fischer学习有机化学，后来转向电化学研究，以发现了Tafel公式为后人所熟知。Tafel因长期饱受失眠症折磨，导致精神崩溃，在1918年9月于慕尼黑自杀，结束了自己年仅56岁的生命。小资料1.2.3.4.Tafel小传Tafel公式Tafel公式的应用

2、Q&A当化学电源工作或电解液电解时，电极上必然有电流通过，此时电极上进行的过程为不可逆过程，电极电势E偏离了没有净电流通过时的电势，这在电化学里统称极化。根据极化产生的原因不同，可将其分为三类：(1)浓差极化；(2)活化极化；(3)电阻极化。其中以前两类较为重要。对于单一电极，若有电流I通过时，电极电势为E，无电流通过时的电极电势即电极的平衡电势Ep,令η＝E-Ep，则电流通过时,电极电势的变化η称超电势。极化和超电势是两个互相关联的概念背景：极化与超电势活化极化又称为电化学极化。当电流通过电极时，在阴、阳极分别发生了由若干步骤（如吸

3、附、电极反应、脱附等）组成的还原反应和氧化反应。如果这些步骤中有某一步骤阻力较大，则将会改变电极上的带电程度（电子的相对富集或贫乏），从而使电极电势偏离平衡值。一般金属活化超电势很小。而有气体析出的体系（如氢电极、氧电极、氯电极等），活化超电势较大，目前研究得较为深入的为涉及氢气析出的电极过程。由实验中得知氢超电势不仅与电流密度有关，还取决于电极材料的性质和表面性状、溶液的本性和组成以及温度等因素。背景：活化极化与氢超电势背景：极化曲线的测定恒电位法：恒电位法就是将研究电极电势依次恒定在不同的数值上，然后测量对应于各电位下的电流。极化

4、曲线的测量应尽可能接近体系稳态。稳态体系指被研究体系的极化电流、电极电势、电极表面状态等基本上不随时间而改变。恒电流法：恒电流法就是控制研究电极上的电流密度依次恒定在不同的数值下，同时测定相应的稳定电极电势值。采用恒电流法测定极化曲线时，由于种种原因，给定电流后，电极电势往往不能立即达到稳态，不同的体系，电势趋于稳态所需要的时间也不相同，因此在实际测量时一般电势接近稳定(如1min～3min内无大的变化)即可读值，或人为自行规定每次电流恒定的时间公式介绍1905年，Tafel提出了一个经验公式来表示氢超电势与电流密度的定量关系，称为T

5、afel公式，它是电极反应动力学中的一个重要公式，其具体形式如下:η=a+blogj式中η是超电势，j是电流密度A.cm-2，a和b分别为常数。适用范围Tafel公式适用于电流密度较大的情况。当电流密度较小，即j→0时，公式中η将趋于负无穷大。这显然是不合理的。因为根据实际情况，当电流密度j→0，η应该是0。在与平衡电极电势偏离程度很小范围内（低超电势时），氢超电势和电流密度之间成线性关系：其中Re为一具有电阻量纲的常数。而当电势离开平衡电极电势较远（高电势）时，氢超电势和电流密度的对数成线性关系，即满足上述所提的Tafel公式低超电

6、势下的关系式常数a常数bｂ为η-lgi图像中直线斜率称Tafel斜率ａ为电流密度ｉ＝１A.cm-2时的过电势（塔菲尔线与电势轴的截距）与电极材料、电极表面状态、溶液组成以及实验温度等密切相关Tafel公式里的常数常数a、b与电极材料表面状态，温度及溶液浓度有关a值与电极材料关系较大，不同的金属其a值差异很大，a值的大小反映了相同电流密度时，氢在不同金属电极上超电势的相对大小而b对大多数金属电极来说是一通用常数，其值约为0.12V，b的大小反映了电流密度的变化对氢超电势的影响。1.2.3.4.Tafel小传Tafel公式Tafel公式的

7、应用Q&A应用背景在使用金属的过程中，人们不仅关心它是否会发生腐蚀(热力学可能性)，更关心其腐蚀速度的大小(动力学问题)。腐蚀速度表示单位时间内金属腐蚀的程度。迄今为止，普遍应用的测定腐蚀速度方法仍然是经典的失重法。失重法的优点是准确可靠，但由于实验周期长，需要做多组平行实验并且操作麻烦，所以满足不了快速的要求。电化学方法的优点是快速简便并有可能用于现场监控，因而得到了人们的重视。塔菲尔曲线外推法就是一种测定金属材料腐蚀速度的电化学方法。应用实验：用Tafel外推法测金属腐蚀速率16塔菲尔曲线是指符合Tafel公式关系的曲线，一般指极

8、化曲线中强极化区的一段（η>50mv，是电位迅速变化的区域，近似于直线段）。该段曲线（E－logi曲线）在一定的区域（Tafel区）呈现线性关系Tafel曲线获得数据，原始数据应该是电流一列，电位一列，弄成TXT格式导入