第1章电极的界面双电层性质ppt课件
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电极过程动力学 ppt课件
§1.1 电极过程动力学的发展
电化学科学的发展大致可以分为三个阶段：电化学热 力学、电化学动力和现代电化学。
电化学热力学研究的是处在平衡状态的电化学体系， 涉及的主要问题是电能和化学能之间的转换的规律。
从19世纪末到20世纪初，在热力学基本原理被牢固地 确立后，用热力学方法研究电化学现象成了电化学研 究的主流，取得了重大的进展，使“电化学热力学” 这部分内容趋于成熟，成为物理化学课程的经典组成 部分。
研究电极过程动力学的首要目的在于找出整个电极过程的控制步 骤,并通过控制步骤来影响整个电极过程的进行速度,而这又建立 在对电极过程基本历程的分析和弄清个分步骤动力学特征的基础 之上。
电极的极化
处在热力学平衡状态的电极体系,因正、负方向的反应速度相等, 净反应速度等于零.相应的平衡电极电势可由Nernst公式计算.当 有外电流通过时,净反应速度不等于零,即原有的热力学平衡受到 破坏,致使电极电势偏离平衡电势,这种现象在化学上称为电极的” 极化现象” 。
“电极/溶液”界面上的电场强度常用界面上的相间电势差---电极电势表 示，
随着电极电势的改变，不仅可以连续改变电极反应的速度，而且可
以改变电极反应的方向。以后还将看到，即使保持电极电势不变，改变
界面层中的电势分布也会对电极反应速度有一定的影响。因而研究“电
极/溶液”界面的电性质，即电极、溶液两相间的电势差以及界面层中的
电化学—研究载流子（电子、空穴、离子）在电化学 体系（特别是离子导体和电子导体的相界面及其邻近 区域）中的运输和反应规律的科学。
电化学所研究的内容有：
（1）电解质溶液理论（离子水化、离子互吸、离子缔合及电导 理论等）；
（2）电化学平衡（可逆电池、电极电位、电动势与热力学函数 间关系等）；
电极的界面双电层性质课件
在金属表面和靠近金属表面的薄层溶液中，各带符号相反、数 量相同的过剩电荷，这就形成了双电层。
4 双电层结构的理论模型
(1) 平行板电容器模型
关于金属-溶液界面双电层结构的第一个模型是 Helmholtz(1853)提出的，双电层类似于平行板电容器。
双电层的厚度d（即平板电容器的面间距）被认为是离子 半径 r
第一类导体：电子导体。 金属、石墨、某些金属化合物，如 WC等。
特点：温度升高，电阻增大
第二类导体：离子导体，它依靠离子的定向运动而导电。 电解质溶液，熔融电解质，固体电解质(Nafion膜)。
特点：温度升高，电阻减小，电导增大。
2. 电池
（1）电池的概念 第一类导体作为电极（electrode），浸入第二类导体中 。当电流流过第二类导体时，正负离子分别向两极移动 ，同时在电极上有氧化还原反应发生。若用第一类导体 联结两个电极并使电流在两极间通过，则构成外电路， 这种装置就叫做电池(cell)。
理论电化学
主要参考书
1. 《电化学基础》高颖， 邬冰，化学工业出版社 2. 《电化学方法 原理及应用》A. J. 巴德，化学工业出版社
绪论
• 电化学研究对象 • 电化学的发展 • 电化学的应用
.
电化学
化学：研究物质变化极其伴随现象的规律和关系，物 质的量(浓度、摩尔)、变化的快慢(速度)、变化的 程度(平衡)、变化的条件….
固体电子导体 惰性固体导体
盐桥
外接电路
原电池将分子之间直接发生的氧化还原反应，通过电 极间接完成。每个电极上发生一个半反应—半电池反应 （或电极反应）。
如：Zn + Cu2+
Zn 2+ + Cu
电极溶液界面课件
电极溶液界面课件
contents
目录
• 电极溶液界面基础 • 电极溶液界面的电化学性质 • 电极溶液界面的物理化学性质 • 电极溶液界面的应用 • 电极溶液界面的研究方法与技术
01
电极溶液界面基础
电极溶液界面的定义
总结词
电极溶液界面是指电极和与之接触的溶液之间的界面，是电化学反应的重要场 所。
燃料电池
燃料电池利用电极溶液界面将化学能转化为电能。电极溶液界面的性质决定了燃料电池的效率和耐久 性。优化电极溶液界面的结构和组成可以提高燃料电池的性能。
传感器与生物电分析
电化学传感器
电极溶液界面在电化学传感器中发挥着关键作用。通过监测电极溶液界面上的电化学反应，可以实现对气体、离 子、有机物等的快速、灵敏检测。例如，电化学气体传感器利用电极溶液界面检测环境中的有害气体。
形貌
电极表面形貌对溶液在电极表面的润湿和电化学反应过程产 生影响，不同形貌的电极具有不同的电化学性能。
04
电极溶液界面的应用
电化学能源存储与转换
电池技术
电极溶液界面在电池中起着至关重要的作用。它可以影响电池的能量密度、充放电速度和循环寿命。 例如，锂离子电池利用电极溶液界面进行电荷转移和离子传输，从而实现高效的能量存储和释放。
电极反应的步骤和涉及的中间产物。
电极反应动力学方程
描述电极反应速率与反应物浓度、温度等因素关系的方程。
离子传输与迁移
01
02
下的迁移 速率。
离子淌度
离子迁移速率与电场强度 的比值。
离子扩散系数
描述离子在溶液中扩散速 率的参数。
双电层结构与电动现象
双电层结构
电极表面与溶液之间的电荷分布， 包括紧密层和扩散层。
contents
目录
• 电极溶液界面基础 • 电极溶液界面的电化学性质 • 电极溶液界面的物理化学性质 • 电极溶液界面的应用 • 电极溶液界面的研究方法与技术
01
电极溶液界面基础
电极溶液界面的定义
总结词
电极溶液界面是指电极和与之接触的溶液之间的界面，是电化学反应的重要场 所。
燃料电池
燃料电池利用电极溶液界面将化学能转化为电能。电极溶液界面的性质决定了燃料电池的效率和耐久 性。优化电极溶液界面的结构和组成可以提高燃料电池的性能。
传感器与生物电分析
电化学传感器
电极溶液界面在电化学传感器中发挥着关键作用。通过监测电极溶液界面上的电化学反应，可以实现对气体、离 子、有机物等的快速、灵敏检测。例如，电化学气体传感器利用电极溶液界面检测环境中的有害气体。
形貌
电极表面形貌对溶液在电极表面的润湿和电化学反应过程产 生影响，不同形貌的电极具有不同的电化学性能。
04
电极溶液界面的应用
电化学能源存储与转换
电池技术
电极溶液界面在电池中起着至关重要的作用。它可以影响电池的能量密度、充放电速度和循环寿命。 例如，锂离子电池利用电极溶液界面进行电荷转移和离子传输，从而实现高效的能量存储和释放。
电极反应的步骤和涉及的中间产物。
电极反应动力学方程
描述电极反应速率与反应物浓度、温度等因素关系的方程。
离子传输与迁移
01
02
下的迁移 速率。
离子淌度
离子迁移速率与电场强度 的比值。
离子扩散系数
描述离子在溶液中扩散速 率的参数。
双电层结构与电动现象
双电层结构
电极表面与溶液之间的电荷分布， 包括紧密层和扩散层。
电极电势课件
电极电势课件1、电极电势的产生——双电层理论德国化学家能斯特提出了双电层理论解释电极电势的产生的原因。
当金属放入溶液中时，一方面金属晶体中处于热运动的金属离子在极性水分子的作用下，离开金属表面进入溶液。
金属性质愈活泼，这种趋势就愈大；另一方面溶液中的金属离子，由于受到金属表面电子的吸引，而在金属表面沉积，溶液中金属离子的浓度愈大，这种趋势也愈大。
在一定浓度的溶液中达到平衡后，在金属和溶液两相界面上形成了一个带相反电荷的双电层(electrondoublelayer)，双电层的厚度虽然很小(约为10-8厘米数量级),但却在金属和溶液之间产生了电势差。
通常人们就把产生在金属和盐溶液之间的双电层间的电势差称为金属的电极电势，并以此描述电极得失电子能力的相对强弱。
电极电势以符号EMn+/M表示,单位为V(伏)。
如锌的电极电势以EZn2+/Zn表示,铜的电极电势以ECu2+/Cu 表示。
电极电势的大小主要取决于电极的本性，并受温度、介质和离子浓度等因素的影响。
2、标准电极电势为了获得各种电极的电极电势数值，通常以某种电极的电极电势作标准与其它各待测电极组成电池,通过测定电池的电动势,而确定各种不同电极的相对电极电势E值。
20xx年国际纯粹化学与应用化学联合会的建议，采用标准氢电极作为标准电极，并人为地规定标准氢电极的电极电势为零。
标准氢电极电极符号:Pt|H2(101.3kPa)|H+(1mol.L-1)电极反应:2H++2e=H2EφH+/H2＝0V右上角的符号“φ”代表标准态。
标准态要求电极处于标准压力下，组成电极的固体或液体物质都是纯净物质；气体物质其分压为101.325kPa；组成电对的有关离子的浓度为1mol.L-1。
通常测定的温度为298K。
(2)标准电极电势用标准氢电极和待测电极在标准状态下组成电池，测得该电池的电动势值，并通过直流电压表确定电池的正负极，即可根据E 池=E－E计算各种电极的标准电极电势的相对数值。
双电层理论
双电层理论一．界面与相际一个相的表面叫作“界面”，界面的轮廓清晰，他的范围不会超过一原子层，可以看成是与另一相相互接触的表面。
相际：指两相之间，性质变化的区域，窄宽不等，其范围小之两个分子直径，大到数千个埃以上；其性质与两相中任意一相的本体性质都有所不同。
一个电极系统，也从在界面和相际，如图1-1所示。
相际内溶液的性质发生变化，质的表面吸附使C表>C本体相际建立；。
图1-1电极系统的相、相界和相际M-金属相；L-电解质溶液二．双电层的形成金属是由具有一定结合力的原子或离子结合而成的晶体。
晶体点阵上的质点离开点阵变成离子需要能量，需要外力做功。
任何一种金属与电解质溶液接触时，其界面上的原子（或离子）之间必然发生相互作用，形成双电层。
1.界面电荷层（1）当性质不同的相接触时，在相界面上形成了不同性质的电势差。
（2）出现电势差的原因是带电粒子或偶极子在界面层中的非均匀分布双电层：由于电极和溶液界面带有的电荷符号相反，故电极/溶液界面上的荷电物质能部分地定向排列在界面两侧。
2.界面电荷层的形成（1）自发形成的双电层金属电极与电解质溶液接触，可以自发形成双电层，也可以在外电源作用下强制形成双电层。
以如下电极反应为例：双电层的建立，引起电位差的变化，这种电位差变化对金属离子继续进入溶液有阻滞作用，相反有利于返回金属表面。
这两个相反的过程逐渐趋于速度相等的状态，即达到动态平衡，最终在相界面建立起稳定的离子双电层。
由此可以解释，在阴极保护中，如果利用外加直流电流或脉冲电流来改变双电层的带电状况，引起金属与介质之间的电位变化，使其电位差达到一个可以阻滞金属离子转入介质中的范围，进而使得被保护金属（阴极）的电化学反应降低甚至停止。
3.双电层的微分电容（1）微分电容概念理想极化电极作为平行板电容器处理，电容值为一常数，即（3-1）微分电容：引起电位微小变化时所需引入电极表面的电量，也表征了界面在电极电位发生微小变化时所具备的贮存电荷的能力。
应用电化学-1-3-双电层1上课讲义
dq Cd d
dqCdd
已知：q = 0时， = 0， 以此为边界条件进行积分，
++ -+ ++ -+ -+ ++ -+ ++ -+ -+
q qs
具体求解离子表面剩余量的步骤：
（1）测量不同浓度电解质溶液的电毛细曲线
（2）从各条电毛细曲线上取同一相对电势下的值，作出
-lna关系曲线
（3）根据
-lna关系曲线，求出某一浓度下的斜率
ln
a
相 对
在0.1M各种电 解质溶液中
1.3.1.3 电极／溶液界面性质的研究方法
➢反应界面性质的参数： 界面张力γ、微分电容Cd、电极表面剩余电荷密度q
➢用实验方法测定界面参数，把这些实验测定结果与根据理论 模型推算出来的数值相比较，如果理论值与实验结果比较一 致，那么该结构模型就有一定的正确性。
电毛细曲线法
双电层微分电容法
1.3.2 电毛细现象
r
rcg hK•h 2cos
显微镜测高仪
p — 附加压力 — 界面张力
r — 弯液面曲率半径 rc — 毛细管半径 — 接触角 h — 汞柱高度
汞电极上的电毛细曲线和表面剩余电荷密度～电势曲线
φ/V(相对于标准氢电极)
呈抛物线状， why?
++ ++ ++
汞／溶液界面存在着双电层，即界面的同一侧带有相 同符号的剩余电荷。无论是带正电荷还是带负电荷， 由于同性电荷之间的排斥作用，都力图使界面扩大， 而界面张力力图使界面缩小，二者作用恰好相反。因 此，带电界面的界面张力比不带电时要小，并且表面 电荷密度越大，界面张力就越小。最高点处是电极表 面剩余电荷密度为零时，其它点处表面带过剩电荷。
第1章电化学中电催化机理与电催化电极简介ppt课件
⒉电化学反应步骤： 电化学还原产生吸附于电极表面的氢原子。 酸性介质： H3O+ +e+M→MH+H2O 中性或碱性介质： H2O +e+M→MH+OH -
3）金属氧化物电极 建立在半导体研究的基础上。已有大规模的应用 ，如氯碱工业使用的RuO2 电极（将活性材料附着在钛电极上形成形稳阳极）、铅酸电池中应用的PbO2电极等。
4）金属配合物电极 过渡元素金属的酞菁化物和卟啉等
目前已知的电催化剂主要为过渡金属及其化合物。 设计关键：选择过渡金属中心原子 特点：过渡金属的原子结构中都含有空余的d轨道和未成对的d电子，通过催化剂与反应物的接触，催化剂空余d轨道上将形成各种特征的吸附键，达到分子活化的目的，从而降低了复杂反应的活化能。 主要为含有Ti, Ir, Pt, Ni, Ru等金属或合金及其氧化物。如 RuO2/Ti电极， RuO2-TiO2电极， Pt/Ti电极，Pt/GC电极
吸附机理分为两类： 2.反应物首先在电极上进行解离式或缔合式化学吸附，随后吸附中间物或吸附反应物进行电子传递或表面化学反应。
例如甲酸的电化学氧化：
或
总反应：
（二）氧化还原机理
通过催化剂的氧化-还原转变来实现催化反应。
或
总反应均为：
氧化—还原电催化图解过程
R + A→ O + B
五．电催化性能的评价方法
循环伏安法 旋转圆盘（环盘）电极法 计时电流法 稳态极化法 光谱法等
1.2 氢电极反应的电催化 一、氢气析出的电催化 二、氢气氧化的电催化
一.氢气析出的电催化
㈠氢气析出的过程：
⒈液相传质步骤： 酸性介质： H3O+（溶液本体）→H3O+（电极表面附近液层） 中性或碱性介质： H2O或OH-（溶液本体）→H2O或OH- （电极表面附近液层）
3）金属氧化物电极 建立在半导体研究的基础上。已有大规模的应用 ，如氯碱工业使用的RuO2 电极（将活性材料附着在钛电极上形成形稳阳极）、铅酸电池中应用的PbO2电极等。
4）金属配合物电极 过渡元素金属的酞菁化物和卟啉等
目前已知的电催化剂主要为过渡金属及其化合物。 设计关键：选择过渡金属中心原子 特点：过渡金属的原子结构中都含有空余的d轨道和未成对的d电子，通过催化剂与反应物的接触，催化剂空余d轨道上将形成各种特征的吸附键，达到分子活化的目的，从而降低了复杂反应的活化能。 主要为含有Ti, Ir, Pt, Ni, Ru等金属或合金及其氧化物。如 RuO2/Ti电极， RuO2-TiO2电极， Pt/Ti电极，Pt/GC电极
吸附机理分为两类： 2.反应物首先在电极上进行解离式或缔合式化学吸附，随后吸附中间物或吸附反应物进行电子传递或表面化学反应。
例如甲酸的电化学氧化：
或
总反应：
（二）氧化还原机理
通过催化剂的氧化-还原转变来实现催化反应。
或
总反应均为：
氧化—还原电催化图解过程
R + A→ O + B
五．电催化性能的评价方法
循环伏安法 旋转圆盘（环盘）电极法 计时电流法 稳态极化法 光谱法等
1.2 氢电极反应的电催化 一、氢气析出的电催化 二、氢气氧化的电催化
一.氢气析出的电催化
㈠氢气析出的过程：
⒈液相传质步骤： 酸性介质： H3O+（溶液本体）→H3O+（电极表面附近液层） 中性或碱性介质： H2O或OH-（溶液本体）→H2O或OH- （电极表面附近液层）
双电层及其结构归纳.ppt
电毛细曲线：界面张力与电极电位的关系曲 线。
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9
2、 电毛细曲线的测定
体系平衡时：
gh 2 cos
r
∴
gr K h 2cos
恒定一个电位 ，通过
调节贮汞瓶高度使弯月
面保持不变，从而求
得 。
图4-2 毛细管静电计示意图
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10
思考：电极电位变化怎么能导致界面张力发生变化呢？
电毛细曲线:
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30
第三节双电层及其结构
一、双电层的类型
1、双电层的类型及构成
双电层：电量相等符号相反的两个电荷层。 双电层大致有三类：离子双电层；偶极双电层； 吸附双电层。
2、双电层的基本特点
双电层的厚度小 ；双电层中存在一定大小的电容 和电场强度 。
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31
二、电极/溶液界面的基本结构
电极/溶液界面相间的相互作用： 静电作用（长程力 ）：由电极与溶液的两相中
φ＝φ0时q=0：
q
q
dq
0
0 Cd d
（4-6）
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22
电极电位 为φ时的q 的数值相 当于图4.7 中的阴影 部分的面 积。
图4.7利用微分电容曲线计算电极表面剩余电荷密度q值
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23
三、电毛细曲线法和微分电容法比较
求q ：电毛细曲线法利用σ~φ曲线的斜率求q
d / d q
d / d 0 对应电毛细曲线右半支。
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13
结论：
（1）不论电极表面存在正剩余电荷还是负剩余 电荷，界面张力都将随剩余电荷数量的增加而 降低。
（2）根据电毛细曲线的微分方程 ，可以直接通 过电毛细曲线的斜率求出某一电极电位下的电 极表面剩余电荷密度q，也可以方便地判断电 极的零电荷电位值和表面剩余电荷密度的符号。
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2、 电毛细曲线的测定
体系平衡时：
gh 2 cos
r
∴
gr K h 2cos
恒定一个电位 ，通过
调节贮汞瓶高度使弯月
面保持不变，从而求
得 。
图4-2 毛细管静电计示意图
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10
思考：电极电位变化怎么能导致界面张力发生变化呢？
电毛细曲线:
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30
第三节双电层及其结构
一、双电层的类型
1、双电层的类型及构成
双电层：电量相等符号相反的两个电荷层。 双电层大致有三类：离子双电层；偶极双电层； 吸附双电层。
2、双电层的基本特点
双电层的厚度小 ；双电层中存在一定大小的电容 和电场强度 。
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31
二、电极/溶液界面的基本结构
电极/溶液界面相间的相互作用： 静电作用（长程力 ）：由电极与溶液的两相中
φ＝φ0时q=0：
q
q
dq
0
0 Cd d
（4-6）
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22
电极电位 为φ时的q 的数值相 当于图4.7 中的阴影 部分的面 积。
图4.7利用微分电容曲线计算电极表面剩余电荷密度q值
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23
三、电毛细曲线法和微分电容法比较
求q ：电毛细曲线法利用σ~φ曲线的斜率求q
d / d q
d / d 0 对应电毛细曲线右半支。
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13
结论：
（1）不论电极表面存在正剩余电荷还是负剩余 电荷，界面张力都将随剩余电荷数量的增加而 降低。
（2）根据电毛细曲线的微分方程 ，可以直接通 过电毛细曲线的斜率求出某一电极电位下的电 极表面剩余电荷密度q，也可以方便地判断电 极的零电荷电位值和表面剩余电荷密度的符号。
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（2）电极的名称 规定 按电极电势的高低
负极：电势较低的极； 正极：电势较高的极。 按电极上发生氧化还原反应的类型 阴极：发生还原反应的极(cathode) 阳极：发生氧化反应的极(anode) 原电池：正极=阴极；负极=阳极 电解池：正极=阳极；负极=阴极
( 3）电池符号的写法 规则： a. 原电池：左边：负极； 右边：正极 b. 用“∣”表示气-液，固-液，液-液相界面；用“，”表示
• Hush、Marcus、Gerischer等发展了严格的量子 电化学观点（量子电化学）
.
电化学的应用
• 电冶金 • 电镀 • 电合成 • 化学电源 • 电化学加工 • 化学传感器 • 电化学分析 • 金属的防腐
.
第一章 电极的界面双电层性质
1.1 电化学的基本概念和基础知识
1. 导体
能导电的物质称为导体。
（4）半电池的表示法，半电池电极反应的写法 电池 Zn(s) ∣ZnSO4(a1) || H2SO4(a2) ∣H2 (p),Pt 半电池 Zn(s) ∣ZnSO4(a1) Pt，H2 (p)∣H2SO4(a2)
电极反应写还原反应形式 Zn ─→ Zn2+(a1) + 2e
H2 (p) ─→ 2H+ (a2) + 2e CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e-
气-固，固-固相界面。 c. 用“||”表示盐桥 d. 注明温度、压力、电极的物态；气体注明压力，溶液要注
明浓度或活度 f. 固体电极写在两边，溶液写在中间 如：Zn(s) ∣ZnSO4(a1) || H2SO4(a2) ∣H2 (p),Pt Ag(s),AgCl(s) ∣HCl(a1) || Sn4+( a2),Sn2+ ( a3)∣Pt 不涉及计算时也可以减化
• 法拉第1834年提出了法拉定律（电流与物质之 间的作用）
• 吉布斯（1873）和亥姆荷茨（1882）（电动势 与热力学）
• 阿累尼乌斯（1887）、德拜和尢格尔（1923－ 1925）（电解质导电理论）
• 塔菲尔（1905）塔菲尔方程（电极动力学经验 公式）
.
电化学的发展史
• Butler(1924）提出电化学反应速度，并用动力 学公式推导出Nernst关系式（电极过程动力学）
电池过程
阳极 Zn
1.1 V
阴极
盐桥
Cu
ZnSO4
.
CuSO4
电池
电解池 原电池
原电池：若电池能自发地在两极上发生化 学反应，并产生电流，此时化学能转化为电 能，则该电池就称为原电池（primary cell）。
实用的原电池称为化学电源。
原电池的构成
电解质溶液
两个半电池（电极）
金属导体
原电池
理论电化学
主要参考书
1. 《电化学基础》高颖， 邬冰，化学工业出版社 2. 《电化学方法 原理及应用》A. J. 巴德，化学工业出版社
绪论
• 电化学研究对象 • 电化学的发展 • 电化学的应用
.
电化学
化学：研究物质变化极其伴随现象的规律和关系，物 质的量(浓度、摩尔)、变化的快慢(速度)、变化的 程度(平衡)、变化的条件….
• Warburg(1899)提出了用等效电路描述电极反应， Dolin、Frumkin（1940）提出第一个等效电路
• Dolin、Frumkin（1940）提出了交换电流密度 的概念
• Gurney(1931)对电子通过相界面的传递进行了量 子力学的探讨，并提出了电子的隧道传输机理 （量子电化学）
（5）电极的分类
我们这里介绍的是比较经典的分类。电极材料和与之相接 触的溶液分成四类：
第一类电极：电极与它的离子溶液相接触。这类电极可分 为两种情况：
（a）金属与它的阳离子，一般表示为M|Mn+
例如：Zn|Zn2+
相应的电极反应为：
M → M n++ne
Fe → Fe2+ + 2e
Cu → Cu2+ + 2e
第一类导体：电子导体。 金属、石墨、某些金属化合物，如 WC等。
特点：温度升高，电阻增大
第二类导体：离子导体，它依靠离子的定向运动而导电。 电解质溶液，熔融电解质，固体电解质(Nafion膜)。
特点：温度升高，电阻减小，电导增大。
2. 电池
（1）电池的概念 第一类导体作为电极（electrode），浸入第二类导体中 。当电流流过第二类导体时，正负离子分别向两极移动 ，同时在电极上有氧化还原反应发生。若用第一类导体 联结两个电极并使电流在两极间通过，则构成外电路， 这种装置就叫做电池(cell)。
电极电势为：
RT nFlnaMn
(b)非金属与其离子
例如：Pt, H2 (p)| H+(a) Pt, Cl2 (p) | Cl (a)
图1.3 氢电极
电极反应为： 12H2(p)eH(aH)
电极电势为：
RT
ln
p1/ 2 H2
F aH
p 是氢气的分压
.
第二类电极：金属与其金属离子可以形成难溶盐的
物理化学：是以物理的原理和实验技术为基础,研究所 有 物质体系的化学行为的原理、规律和方法的 学科。
电化学：相界面上伴随电子转移的化学变化
电化学的研究对象
电化学系统的构成 • 第一类导体（物理学） • 第二类导体（离子学） • 界面问题 （电极学,电极过程动力学）
.
电化学的发展史
• 伽伐尼（1791年发现电化学现象、伏打（1800 年建立伏打电堆）
固体电子导体 惰性固体导体
盐桥
外接电路
原电池将分子之间直接发生的氧化还原反应，通过电 极间接完成。每个电极上发生一个半反应—半电池反应 （或电极反应）。
如：Zn + Cu2+
Zn 2+ + Cu
• 负极：发生氧化反应
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Zn －2e
Zn2 ++ ＋2e
Cu
电解池（electrolytic cell）：若在外电路中 并联一个有一定电压的外加电源，则将有电流 从外加电源流入电池，迫使电池中发生化学变 化，此时电能就转变为化学能，该电池就称为 电解池。
图1.2 原电池和电解池 （a）原电池 （b）电解池
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Nafion膜
图1-1 PEMFC的基本结构及工作原理示意图 阳极反应：CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e阴极反应：3/2O2 + 6H+ + 6e- → 3H2O 总反应： CH3OH + 3/2O2 → CO2 + 2H2O