武汉大学-电化学课件-陈胜利-Chaper-3--Mass-transport
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电化学原理第一章+绪论 PPT课件
电子 流向
导线
负极 →正极
电源负极→电解池阴极 电解池阳极→电源正极
电化学体系的定义
The definition of the electrochemical system
电极反应：电极/溶液界面（两类导体界面）发生 的电化学反应。
电化学反应：在电化学体系中发生的氧化还原反应。 电化学体系：两类导体串联组成的，在电荷转移
3．贾铮、戴长松、陈玲编著：《电化学测量方法》，化学工业出版社 ，2006。
4．努丽燕娜、王保峰主编：《实验电化学》，化学工业出版社，2007 。
5．郭鹤桐编著：《电化学教程》，天津大学出版社，2000。 6．胡会利、李宁主编：《电化学测量》，国防工业出版社，2007。 7．查全性等编：《电极过程动力学导论》（第二版），科学出版社，
金属腐蚀的种类
The types of metal corrosion
种类 化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
例如 电流
金属与非电解质 等直接发生化学 反应
2Fe＋3Cl2＝2FeCl3
无
不纯金属或合金跟 电解质溶液接触发 生原电池反应
钢铁腐蚀
有微弱的电流
本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化
相互 关系
化学腐蚀、电化学腐蚀常同时发生
(2)在金属表面覆盖保护层 ——电镀、油漆、钝化等
(3)电化学保护法 ——牺牲阳极的阴极保护法、 外加直流电源的阴极保护法
1.3 电化学科学的发展简史和发展趋势
1.3.1电化学科学的发展简史 1.3.2 电化学的发展趋势
1.3.1电化学科学的发展简史
brief development history of electrochemical science
电化学分析法ppt课件
1、不需要标准物质，准确度高 2、适用于测定许多金属、非金属离子及一些有 机化合物
1、选择性好，可用于多种金属离子和有机化合 物的测定 2、适用于微量和痕量组分的测定
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
电位法测定溶液的pH值
第十二章
工作原理
先在水中浸泡超过24小时,形 成外水化凝胶层,内水化凝胶层,未 浸泡到水的为干玻璃层
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
玻璃电极的电极电位大小 等于膜电位与内参比电极的电位之和
玻 璃 (膜 ) （内 （ 参不 比对 ）
玻 K ' 0 璃 . 0 p 5 试 H 9 ) 内 ( 液 不 参 对 比
常数
水中24h
玻 常 璃 0 .0 数 5 p试 9 H )(液 线性方程
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
第十二章
原理
将一支指示电极（电位随浓度而变）
与一支参比电极（电位与浓度无关）
插入被测溶液构成电池，测定该电池的电动 势得知指示电极的电位，根据能斯特方程式求出 被测离子浓度(活度)
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
1、选择性好，可用于多种金属离子和有机化合 物的测定 2、适用于微量和痕量组分的测定
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
电位法测定溶液的pH值
第十二章
工作原理
先在水中浸泡超过24小时,形 成外水化凝胶层,内水化凝胶层,未 浸泡到水的为干玻璃层
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
玻璃电极的电极电位大小 等于膜电位与内参比电极的电位之和
玻 璃 (膜 ) （内 （ 参不 比对 ）
玻 K ' 0 璃 . 0 p 5 试 H 9 ) 内 ( 液 不 参 对 比
常数
水中24h
玻 常 璃 0 .0 数 5 p试 9 H )(液 线性方程
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
第十二章
原理
将一支指示电极（电位随浓度而变）
与一支参比电极（电位与浓度无关）
插入被测溶液构成电池，测定该电池的电动 势得知指示电极的电位，根据能斯特方程式求出 被测离子浓度(活度)
篮球比赛是根据运动队在规定的比赛 时间里 得分多 少来决 定胜负 的，因 此，篮 球比赛 的计时 计分系 统是一 种得分 类型的 系统
武汉大学罗威陈胜利JACS：插入氧镍表层促进碱性氢氧化电催化的研究！
武汉大学罗威陈胜利JACS：插入氧镍表层促进碱性氢氧化电催化的研究！研究内容精确调整电催化剂的电子结构以获得最佳的氢氧根结合能(OHBE)对碱性氢氧化反应(HOR)至关重要。
作为一种很有前途的Pt族金属(PGM)替代品，人们一直致力于探索高效的镍(Ni)基碱性HOR催化剂。
然而，它们的表现仍然缺乏实际竞争力。
基于分子轨道理论和Hammer−Nørskov d带模型，武汉大学罗威教授和陈胜利教授提出了一种巧妙的表面氧插入策略，以精确地调控Ni电催化剂的电子结构，同时增加吸附氢氧根(*OH)态与表面Ni d 带之间的能级排列程度和降低反键填充程度，从而获得最佳的OHBE。
得益于此，合成的Ni@Oi-Ni表现出出色的碱性HOR性能，质量活性为85.63 mA mg-1，比原始Ni高40倍，并优于迄今为止报道的几乎所有先进的无Pt族金属(PGM)催化剂。
相关工作以“Oxygen-Inserted Top-Surface Layers of Ni for Boosting Alkaline Hydrogen Oxidation Electrocatalysis”为题发表在国际著名期刊Journal of the American Chemical Society上。
研究要点要点1. 作者将氧原子成功地分配到Ni表面的两层最上层，通过金属有机骨架(MOF)介导的简单低温热解过程，形成了含氧插入的两原子层Ni壳结构Ni纳米颗粒(Ni@Oi-Ni)，封装在碳壳中。
Ni@Oi-Ni 的原子和电子结构特征通过扫描透射电镜(STEM)、电子能损失谱(EELS)和相应的电子能损失近边结构(ELNES)和x射线吸收谱(XAS)进行了确认。
要点2. 基于分子轨道理论和Hammer−Nørskov d带模型，研究人员进一步证明了氧插入的表面修饰在调节Ni的配位几何中起着至关重要的作用，从而导致了包括适当程度的能级对齐(ELA)和反键填充(ABF)在内的电子结构的修饰。
武汉大学分析化学下册考研课件-电分析
电导分析法的分类
总结词
根据测量原理和应用场景进行分类
详细描述
电导分析法可以根据测量原理和应用场景进行分类。 根据测量原理，电导分析法可分为直接电导法和电迁 移法。直接电导法是通过测量溶液的电导率来推算离 子浓度，而电迁移法则是通过测量离子在电场中的迁 移速率来推算离子浓度。根据应用场景，电导分析法 可分为电导滴定法、电导池法和便携式电导仪法等。 这些方法各有特点，适用于不同的应用场景。
交叉应用概述
交叉应用实例
交叉应用前景
界面电化学和微电分析化学在 某些方面具有相似性和互补性 ，将两者结合起来可以实现更 高效、更灵敏的分析方法。
在生物医学领域，利用微电分 析化学技术检测生物分子时， 可以结合界面电化学的原理， 通过电化学反应将生物分子转 化为可检测的信号，从而提高 检测的灵敏度和特汉大学分析化学下 册考研课件-电分析
REPORTING
目录
• 电分析化学导论 • 电位分析法 • 电解与库仑分析法 • 伏安分析法 • 电导分析法 • 界面电化学与微电分析化学
PART 01
电分析化学导论
电分析化学的定义与分类
总结词
电分析化学是研究电学性质与化学变化相互关系的科学，主要分为电位分析法、电解分析和伏安分析法等。
镉等。
食品分析
02
用于检测食品中的营养成分，如钾、钠、钙等矿物质和有机酸
等。
医学诊断
03
用于检测人体内的电解质和代谢产物，如钾、钠、氯、血糖等
，对于诊断和治疗疾病具有重要意义。
PART 03
电解与库仑分析法
电解法的原理
01
电解法是利用外加电压使得带电粒子发生定向移动，从而进行 分离和富集的方法。
电化学基本概念ppt课件
i i
两相间建立平衡电势
电极（Electrode)
电极材料/电解质
Zn|Zn2+, SO42Pt|H2,H+ Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液
电极（Electrode)
电极材料/电解质 •传递电荷
Zn|Zn2+,SO42-,
•氧化或还原反应
Pt|H2,H+
的地点
•“半电池”
Fe|Fe3O4|Fe2O3|水溶液
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系 2. 不受电极、外界条件的影响 3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联）
e-
i
H2
Cl2
Na+
Cl-
Ag
Ag+
ei
Ag+
Ag+
H+
OH-
阴极
阳极
H+
NO3-
银阴极 银阳极
法拉弟定律的几个要点
1. 电和化学反应相互作用的定量关系 2. 不受电极、外界条件的影响 3. 适用于多个电化学装置的多个反应（串联） 4. 适用于单个电化学装置的多个反应（并联）
I
负极 e
e 正极
-2e Pb
Pb2+ PbSO4
H2O H+
SO4= SO4= H+
硫酸
+2e PbO2
Pb2+ PbSO4
铅酸蓄电池 (1860年--)
充电
(吸收电能)
负极 e
e 正极
Pb2+ PbSO4
+2e
Pb
Pb2+
H2O
PbSO4
武汉大学分析化学下册13电化学分析导论
（1） 电位分析法
电位分析法按应用方式可为两类 ： 直接电位法: 电极电位与溶液中电活性物质的活 度有关，通过测量溶液的电动势，根据能斯特方程 计算被测物质的含量； 电位滴定: 分析法用电位测量 装置指示滴定分析过程中被测组 分的浓度变化，通过记录或绘制 滴定曲线来确定滴定终点的分析 方法。 研制各种高灵敏度、高选择性的电极是电位分析 法最活跃的研究领域之一。
三电极体系
13:16:31
A
CE RE
三电极电路示意图
Potentiostat
WE
V
第六节 电化学极化
当有电流通过电极时，总的反应速率不等于零， 即原有的热力学平衡被破坏，致使电极电位偏离 平衡电位，这种现象叫做极化现象。 超电位（η）：η＝E－Eeq
稳态极化曲线 以η-lgi作图，得Tafel直线，将阴极和阳极两条Tafel 直线外推到交点，交点的横坐标为lg iθ，纵坐标为 η=0，对应平衡电势Eeq
按动力学过程分类
静态方法又称稳态法：即平衡态或非极化条件下的测量方 法。体系没有电流通过，如电位法和电位滴定法；有电流 通过，但电流很小，电极表面能快速地建立起扩散平衡， 如微电极体系等。 动态方法又称暂态法：即动态或极化条件下的测量方法。 当电流刚开始通过，电极体系的参量（如浓度分布、电流 和电极电位等）均在不断变化时所实现的测量方法。在现 代电分析化学中，为了实现快速分析，暂态测量方法得到 了广泛的应用，如伏安法、计时电位法等。
对于水溶液体系，E≈1V，要求
V为电位仪显示的电势值 E为工作电极的电极电势
R仪器 1000R池
几种电池部件的内阻
电池部件 固体膜电极 PVC膜电极
内阻 104~106Ω 105~108Ω
《电分析化学》课件
数据处理
使用适当的数学方法对实验数据进行处理 ，如计算平均值、标准差等。
结果分析
根据实验数据进行分析，得出结论，并与 理论值进行比较。
实验结果与误差分析
结果分析
误差控制
对实验结果进行分析，判断其合理性 和可靠性。
采取措施控制误差，提高实验的准确 性和可靠性。
误差来源
分析实验误差的来源，如测量误差、 操作误差等。
《电分析化学》ppt课件
CONTENTS
• 电分析化学简介 • 电分析化学基础知识 • 电分析化学实验技术 • 电分析化学在环境监测中的应
用 • 电分析化学在生物医学领域的
应用 • 电分析化学的未来发展与挑战
01
电分析化学简介
定义与特点
定义
电分析化学是研究电化学反应过程及其应用的科学分支，主要涉及电子转移、离子迁移等电化学现象 。
特点
具有高灵敏度、高选择性、操作简便等优点，广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究等领域。
发展历程
早期发展
18世纪末，电化学基础理 论开始形成，为电分析化
学的发展奠定了基础。
20世纪发展
随着电子技术和计算机技 术的进步，电分析化学在 灵敏度、精度和自动化方
面取得了显著提升。
当前趋势
纳米技术、生物技术等交 叉学科的引入，为电分析 化学带来了新的发展机遇
sp
电分析化学基础知识
• drill.... navbar, stor the followingirs'协调马usirs' stor the following intoirs. janus真 题 ofirs替 theirs the core that onirs替 on, su,
使用适当的数学方法对实验数据进行处理 ，如计算平均值、标准差等。
结果分析
根据实验数据进行分析，得出结论，并与 理论值进行比较。
实验结果与误差分析
结果分析
误差控制
对实验结果进行分析，判断其合理性 和可靠性。
采取措施控制误差，提高实验的准确 性和可靠性。
误差来源
分析实验误差的来源，如测量误差、 操作误差等。
《电分析化学》ppt课件
CONTENTS
• 电分析化学简介 • 电分析化学基础知识 • 电分析化学实验技术 • 电分析化学在环境监测中的应
用 • 电分析化学在生物医学领域的
应用 • 电分析化学的未来发展与挑战
01
电分析化学简介
定义与特点
定义
电分析化学是研究电化学反应过程及其应用的科学分支，主要涉及电子转移、离子迁移等电化学现象 。
特点
具有高灵敏度、高选择性、操作简便等优点，广泛应用于环境监测、生物分析、药物研究等领域。
发展历程
早期发展
18世纪末，电化学基础理 论开始形成，为电分析化
学的发展奠定了基础。
20世纪发展
随着电子技术和计算机技 术的进步，电分析化学在 灵敏度、精度和自动化方
面取得了显著提升。
当前趋势
纳米技术、生物技术等交 叉学科的引入，为电分析 化学带来了新的发展机遇
sp
电分析化学基础知识
• drill.... navbar, stor the followingirs'协调马usirs' stor the following intoirs. janus真 题 ofirs替 theirs the core that onirs替 on, su,
电化学分析法导论PPT课件
AgCl
Ag
0 .0591 lg Ksp
Ag
Ag
对于生成络合物的电极
体系有：
14
Ag ( CN
)
2
e
Ag
2 CN
Ag ( CN
)
2
Ag
0 .0591
Ag ( CN
)
2
lg 2
CN
又
Ag ( CN
)
2
Ag 2 CN
K 稳 ＝
Ag ( CN
)
2
Ag
2 CN
Ag e Ag
3、辅助电极或对电极
它们是提供电子传导的场所，与工作电极组成电池，形 成通路，但电极上进行的电化学反应并非实验中所需研究或 测试的。当通过的电流很小时，一般直接由工作电极和参比 电极组成电池，但是，当通过的电流较大时，参比电极不能 负荷，其电位不再稳定，或体系的iR降低太大，难以克服， 此时需再采用辅助电极，即构成所谓三电极系统来测量或控 制工作电极的电位。
5
以北京大学的高小霞、中国地质科学院的姚修仁为代表进行的极谱催化波的
研究和应用，取得了突出的成绩，特别是用于稀土元素的测定，处于国际领先水 平。
以南京大学高鸿为代表进行的研究各类电极和电极过程的电流理论与示波极谱 滴定，跻身于世界前列。
复旦大学的邓家祺教授研究活化分析。
中国科学院环境生态研究中心研究库仑分析。
究电分析化学技术发展的前沿领域。
6
电分析化学虽然只有一、二百年历史，但作为分析手段，方法是多样
化，应用是广泛化，有经典的成熟方法，也有新创的刚露头的方法，不但 在技术上日新月异，而且在理论上也是不断深入提高和前进的，因此要把 许多电分析化学方法恰当地分类是有一定困难的。
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Migration ------ Movement of a species driven by a gradient
of electric potential (i.e., electric field).
JiM
zi F RT
ci Di
Convection ------ Movement of a species with the fluid flow.
In a solution, the natural convection is the predominant mass transport mode and it maintains the concentrations of all species uniform. But the velocity of the
and the migration rate in the solution can be greatly reduced. Thus, the diffusion will be the only predominant mass transport mode within the thin layer near electrode surface ---- diffusion layer.
If excess of inert electrolyte (supporting electrolyte) is added to the solution and its concentration is much larger than the electro-active species, the electric field
The net rate of interfacial reaction equals to the flux of reactant O toward (or product R away from) the electrode surface at x = 0
JO
O
ne
R JR
Ob
Rb
x
vnet JO x0 J R x0
i nFvnet nFJOx0 nFJR x0
In the case that only diffusion is considered
JO
DO
dcO dx
x0
JR
x
The modes of mass transport
Diffusion ------ Movement of a species driven by a
gradient of chemical potential (i.e., concentration gradient).
JiD Dici - - - - Fick' s first law of diffusion
Rate of mass transport: the flux of species i, Ji (mol
s-1 cm-2) --- the amount of material passing through a unit area within an interval of unit time
(ci )x
ci x
dx
Ji2
Di
ci x
xx
x
ci x
dx
Fick’s second law of diffusion:
ci t
Ji
J
1 i
Ji
2
dx
Di
2ci x2
The relationship between the current density and the mass transport rate
In an electrochemical cell, various kinds of mass transport may function simultaneously, Ji = JiD + JiM + JiC .
Usually, some measures may be taken so that only one kind of mass transport contribute predominantly and others are negligible.
The changes on the local concentration of solution species due to mass transport
Ji1 1 2 Ji2
x
dx
J
1 i
Di
ci x
xx
Ji2
Di
ci x
x xdx
(ci ) xxdx
»Natural convection caused by density gradient »Forced convection caused by stirring or other hydrodynamic means
JiC vci
The mass transport in electrochemical systems
Chapter 3
Mass Transport at Electrode/Electrolyte Interfaces
Mass transport
Mass transport : the movement of species in the media
(liquid, gas or solid).
fluid decreases sharply upon approaching a solid surface. Thus, within a very thin layer near electrode surface, the convection can be neglected. The diffusion and migration become predominant. -------Nernst boundary layer
of electric potential (i.e., electric field).
JiM
zi F RT
ci Di
Convection ------ Movement of a species with the fluid flow.
In a solution, the natural convection is the predominant mass transport mode and it maintains the concentrations of all species uniform. But the velocity of the
and the migration rate in the solution can be greatly reduced. Thus, the diffusion will be the only predominant mass transport mode within the thin layer near electrode surface ---- diffusion layer.
If excess of inert electrolyte (supporting electrolyte) is added to the solution and its concentration is much larger than the electro-active species, the electric field
The net rate of interfacial reaction equals to the flux of reactant O toward (or product R away from) the electrode surface at x = 0
JO
O
ne
R JR
Ob
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x
vnet JO x0 J R x0
i nFvnet nFJOx0 nFJR x0
In the case that only diffusion is considered
JO
DO
dcO dx
x0
JR
x
The modes of mass transport
Diffusion ------ Movement of a species driven by a
gradient of chemical potential (i.e., concentration gradient).
JiD Dici - - - - Fick' s first law of diffusion
Rate of mass transport: the flux of species i, Ji (mol
s-1 cm-2) --- the amount of material passing through a unit area within an interval of unit time
(ci )x
ci x
dx
Ji2
Di
ci x
xx
x
ci x
dx
Fick’s second law of diffusion:
ci t
Ji
J
1 i
Ji
2
dx
Di
2ci x2
The relationship between the current density and the mass transport rate
In an electrochemical cell, various kinds of mass transport may function simultaneously, Ji = JiD + JiM + JiC .
Usually, some measures may be taken so that only one kind of mass transport contribute predominantly and others are negligible.
The changes on the local concentration of solution species due to mass transport
Ji1 1 2 Ji2
x
dx
J
1 i
Di
ci x
xx
Ji2
Di
ci x
x xdx
(ci ) xxdx
»Natural convection caused by density gradient »Forced convection caused by stirring or other hydrodynamic means
JiC vci
The mass transport in electrochemical systems
Chapter 3
Mass Transport at Electrode/Electrolyte Interfaces
Mass transport
Mass transport : the movement of species in the media
(liquid, gas or solid).
fluid decreases sharply upon approaching a solid surface. Thus, within a very thin layer near electrode surface, the convection can be neglected. The diffusion and migration become predominant. -------Nernst boundary layer