电催化概述
电催化及光催化介绍
• 水存在对CO吸附状态几乎无本质上影响。
电催化及光催化介绍
第26页
• 水分子在电极上吸附是个普遍感兴趣问题， （大多数电极反应是在水溶液中进行） 。
• 电极／水溶液界面双电层电性质 ，尤其是 界面微分容量和电极表面水分子吸附状态 有亲密关系 。大家已提出了水分子吸附状 态各种模型 。关键是表面吸附水分子是呈 单分子 、双分子 ，还是和氢结合程度不一 样簇。
波而在大约1.4V处表面变成了氧化物 。反 向扫描时 ，在0.7V还原电流下出现Pt原子
被重新还原峰 。这么进行一次氧化-还原 ， 氧吸收波形发生了很大改变 。 图示其它峰
形都有类似结果。
•
这是因表面原子排布不一样而显示出
固有特征。
•
图4-6为经5次电位(1.5V-0.05V)循环
Pt(111)面STM像。
之间过渡状态 ， 即所谓“平板电位
（flatband potential） ”
•
电子传递 ， 既可在速度控制步骤能垒
主要位于Helmholz双电荷层中时发生，也
能够在空间电荷层能垒中时发生 。转
• 例：放氢反应
• 未经修飾半导体表面需有较高超电压 ，
对GaAs，GaP，主要取决于Schottky能垒
电催化及光催化介绍
第18页
• 图4-5 白金以及铱单晶基础低指数晶面(1l0)循环伏安图 • (O.5mol／L H2SO4 ， 25℃ , 50mV／s)
电催化及光催化介绍
第19页
•
可见 ，各种晶面脱氢波 、吸氧波都显
著不一样 。 比如：Pt(111)面在硫酸水溶液
中 ，在0～0.5V范围内 ， 出现了异常氢吸收
电催化及光催化介绍
电催化综述
电催化的应用和存在问题1引言电催化法是使电极、电解质界面上的电荷转移加速从而加快电极反应的方法。
电催化技术涉及到的催化剂的选择至关重要，要加速电极反应，必须选用合适的电极材料，所选用的电极材料在通电过程中具有催化剂的作用，从而改变电极反应速率或反应方向，而其本身并不发生质的变化。
现在随着世界各国现代工业的迅猛发展,能源的需求量也随之急剧增加,但二十世纪末以来，我们却面临着燃料煤炭,化石能源日益枯竭，新能源的开发缓慢、能源费用上涨等各种挑战,因而节约有限能源、降低工业生产中的能耗是当务之急。
电化学科学的研究恰好适应了这种要求,电化学科学是以研究如何加速电极上电催化反应速度。
降低电极电位为研究内容,与节能降耗密切相关,特别是在强电流电解过程中的节能,采用电催化电极更是起了巨大的作用。
1电催化技术主要应用于有机污水的电催化处理；含铬废水的电催化降解；烟道气及原料煤的电解脱硫；电催化同时脱除NOx和S0；二氧化碳的电解还原等。
2目前对能源利用、燃料电池和某些化学反应（如丙烯腈二聚、分子氧还原）的电催化作用研究得较深入，今后在开拓精细有机合成方面可能会得到较大的进展，特别是对那些与电子得失有关的氧化还原反应。
本文从污水的电催化处理、电催化活化碳的氧化物、电催化法脱硫脱硝、电催化与燃料电池四个大的方面介绍电催化技术的发展及研究应用现状，以及今后研究的发展趋势。
2污水的电催化处理电化学水处理技术2,3因其具有多功能性、高度的灵活性、易于自动化、无二次污染等其它水处理技术无法比拟的优点,正成为国内外水处理技术研究的热点课题,尤其对那些难于生化降解、对人类健康危害极大“三致”致癌、致畸、致突变有机污染物的去除具有很高的效率,并且又能节省大量的能源。
因而，电化学水处理技术近年来已成为世界水处理技术相当活跃的研究领域,受到国内外的广泛关注。
4相比传统的生物废水处理方法，电催化废水处理技术有更潜在的应用前景。
在比如电催化还原技术是现阶段水处理技术领域的研究热点之一，可将废水中高毒性污染物通过选择性电催化还原转化为低毒性的污染物，对含硝基苯5、氯酚6等的废水取得了良好的处理效果，具有药剂用量少、操作简易、污染物降解选择性强等优点。
电催化
1. 良好的导电性，至少与导电材料（例如石墨、银粉） 结合后能为电子交换反应提供不引起严重电压降的电子 通道，即电极材料的电阻不能太大；
2. 高的催化活性，即能够实现所需要的催化反应，抑制 不需要或有害的副反应；
3. 良好的稳定性，即能够耐受杂质及中间产物的作用而 不致较快地被污染或中毒而失活，并且在实现催化反应 的电势范围内催化表面不至于因电化学反应而过早失去 催化活性，此外还包括良好的机械物理性质，表面层不 脱落、不溶解。
影响处理效果的的主要因素可分四个方面，即电极
材料、电解质溶液、废水的理化性质和工艺因素(电
化学反应器的结构电流密度、通电量等) 。其中，电极材
料是近年研究的重点。
1. 电极材料
在电解法处理有机废水的过程中，电极不仅起着传 送电流的作用，而且对有机物的氧化降解起催化作用，
电极材料选择的好坏，直接影响有机物降解效率的高低。
一般所说的非金属电极是指硼化物、碳化物、氮
化物、硅化物、氯化物等。非金属材料作为电极材料， 最大的优势在于这类材料的特殊物理性质，如高熔点、
高硬度、高耐磨性、良好的腐蚀性以及类似金属的性质
等。
催化电极的特性
电极在电化学处理技术中处于“心脏”的地位，电催 化特性是电化学处理技术用电极的核心内容。我们既希望 电极对所要处理的有机物表现出高的反应速率，又要有好 的选择性。 催化电极的功能：既能导电，又能对反应物进行活化， 提高电子的转移速率，对电化学反应进行某种促进和选择。 因此，良好的电催化电极应该具备下列几项性能：
一定强度的一类物质。
4. 电极表面结构
电催化电极的表面微观结构和状态也是影响电催化
性能的重要因素之一。而电极的制备方法直接影响到电
极的表面结构。无论是提高催化活性还是提高孔积率， 改善传质、改进电极表面微观结构都是一个重要手段， 因而电极的制备工艺绝对是非常关键的一个环节。
半导体 电催化-概述说明以及解释
半导体电催化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述半导体电催化是一种利用半导体材料在催化过程中的特殊性质来促进电化学反应的新兴领域。
随着能源和环境问题的日益凸显，寻找高效、环保的能源转化和储存技术已成为当今科学研究的热点之一。
电催化作为一种能够将电能转化为化学能的技术，被广泛应用于氢能、氧化还原反应、光电催化等领域。
传统上，催化剂在电催化反应中起着至关重要的作用。
然而，传统的催化剂往往面临着活性低、稳定性差、成本高等问题。
随着半导体材料的发展和研究，人们发现半导体材料具有高电导率、可调控能带结构、丰富的表面活性位点等优势，可以作为新型催化剂用于电催化反应中。
半导体材料在电催化反应中的应用可谓广泛而深入。
以光电催化为例，半导体材料的能带结构可以有效地嵌套光子能量，从而引发光生电子-空穴对的产生。
这些电子-空穴对可以参与催化反应，提高反应速率和效率。
此外，半导体材料还可以通过调节能带结构和表面态密度来优化催化活性，实现特定反应的选择性。
半导体电催化领域的研究正日益深入，不断涌现出新的材料和新的催化机制。
然而，目前仍存在一些挑战需要解决，例如材料的稳定性、催化活性的提高、催化机理的解析等。
因此，未来的研究将聚焦于进一步探索半导体材料的催化特性，并通过合理设计和改进材料结构，实现半导体电催化技术的商业化应用。
综上所述，半导体电催化作为一种新兴领域，具有重要的研究和应用价值。
通过充分发挥半导体材料的特殊性质，我们有望在能源转化和储存领域取得突破性进展，为构建可持续发展的社会做出贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：1. 引言：首先介绍了本文的研究背景和意义，以帮助读者了解本文的主要内容。
2. 正文部分：包括两个主要章节。
2.1 半导体的定义和特性：介绍半导体的基本概念、结构和性质，并探讨其在电催化中的作用。
2.2 电催化的概念和应用：介绍了电催化的定义和原理，探讨了半导体在电催化领域的应用情况，并列举了一些具体的案例和实验结果。
电催化技术定义、原理和展望ppt
间接还原：利用电化学过程中生成的一些还原性物质 如Ti3+，V2+和Cr2+将污染物还原去除，如二氧化硫的间接 电化学还原可转化成单质硫：
SO2 + 4Cr2+ + 4H+ → S + 4Cr3+ + 2H2O
3.2电化学氧化
直接氧化：污染物直接在阳极失去电子而发生氧化，有机物 的直接电催化氧化分两类进行。 （1）电化学转换——即把有毒物质转变为无毒物质，或把 难生化的有机物转化为易生化的物质（如芳香物开环氧化为 脂肪酸），以便进一步实施生物处理； （2）电化学燃烧——即直接将有机物深度氧化为CO2。 有研究表明，有机物在金属氧化物阳极上的氧化反应机理 和产物同阳极金属氧化物的价态和表面上的氧化物种有关。
（1）表面材料
电极对催化剂的要求满足：反应表面积要大；有较好 的导电能力；吸附选择性强；在使用环境下的长期稳定性； 机械性能好；资源丰富且成本低；环境友好。
目前已知电催化电极表面材料主要涉及过渡金属及半 导体化合物。
a. 过渡金属：由于过渡金属的原子结构中有空余的d轨 道和未成对的d电子，通过含过渡金属的催化剂与反应物分 子的电子接触，这些催化剂空余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， 达到电催化目的，因此，过渡金属及其一些化合物本身具有 较好的催化活性 。
3.5 光电化学氧化
在电场作用下，以光催化剂作为电化学催化电极，使阳 极发生电催化作用对阳极槽中的有机物进行催化降解的 同时，并在紫外光作用下，降解污染物，从而大大提高 了对难降解有机物的催化降解效率。
电催化概述
图1-1 电催化分解水
电催化作用是指电化学反应中，可借助改变电极材料和电极电位来控制反应方向和速率。
电极材料这种改变电化学反应速率而其本身不发生改变的作用称为电催化作用。
电催化作用的基底电极可以仅作为电子导体存在，亦可以即作为电子导体又兼有催化功能。
如基底电极仅作为电子导体，则电极表面的修饰物除了一般的传递电子外，还能对反应物进行活化或促进电子的转移，或二
许多化学反应尽管在热力学上是很有利的，但他们自身并不能以较高的速率进行。
为了使这类反应具有工业价值，有必要寻找均相或复相的催化剂，以。
原位电催化-概述说明以及解释
原位电催化-概述说明以及解释1.引言1.1 概述原位电催化作为一种新兴的电化学技术，其概念是在反应发生的现场进行电催化控制，实现高效能量转换和催化反应。
通过原位电催化技术，可以有效提高能源利用效率，减少能源消耗和环境污染，具有广泛的应用前景和重要意义。
本文将从原位电催化的基本概念与原理、在能源领域的具体应用以及未来发展方向进行深入探讨，旨在为读者提供对原位电催化技术的全面了解，以及其在能源转化与环境保护领域的重要性和前景展望。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，将介绍原位电催化的基本概念和意义，以及本文的研究目的和意义。
在正文部分，将首先对原位电催化的概念和原理进行详细解释，包括其在电化学领域的重要性和应用。
其次，将探讨原位电催化在能源领域的具体应用，例如在电池、燃料电池和光电催化等方面的应用案例。
最后，将对原位电催化的未来发展方向进行展望，探讨其在新能源技术和环境保护领域的潜在应用和发展趋势。
在结论部分，将对全文进行总结和展望，强调原位电催化在当前和未来的重要性，并提出对未来研究方向和实践的建议。
1.3 目的本文旨在深入探讨原位电催化技术在能源领域中的重要性和应用前景。
通过介绍原位电催化的概念与原理，以及在能源转化和储存方面的应用案例，使读者对该技术有更深入的了解。
同时，本文还将探讨原位电催化的未来发展方向，为相关领域的研究人员提供参考和启示。
最终旨在强调原位电催化在能源领域中的重要性，促进该领域的发展和创新。
2.正文2.1 原位电催化的概念与原理原位电催化是一种利用外加电场或电流促进化学反应进行的催化技术。
其原理基于电化学的基本原理，通过在电极表面施加电场或电流，可以调控反应物的吸附态和活性态，从而促进催化反应的进行。
在原位电催化过程中，电场或电流可改变活性位点的电子能级，提高反应物分子吸附的能力，加快反应速率，降低反应活化能，提高反应选择性。
此外，原位电催化还可以调控反应过程中的氧化还原反应、原子或分子间的结合状态等，从而实现高效、选择性的催化转化。
电催化技术 (Technology of Electrocatalysis)
Na2SO4
主要内容
◎ 电化学 ◎ 电催化的定义及特点 ◎ 电催化去除污染物的基本原理
◎ 电催化电极不电解质
◎ 电催化废水处理反应器形式及应用
◎ 电催化技术的优点、局限性及展望
电催化废水处理反应器形式及应用
1. 电催化废水处理反应器形式 电化学反应器种类繁多、结构复杂、丌同的应用领域，所
应用的反应器结构和形式均丌完全一样，其中，反应器结
光电化学氧化
在电场作用下，以光催化剂作为电化学催化电极，使 阳极収生电催化作用对阳极槽中的有机物迚行催化降 解的同时，并在紫外光作用下，降解污染物，从而大 大提高了对难降解有机物的催化降解效率。
主要内容
◎ 电化学 ◎ 电催化的定义及特点 ◎ 电催化去除污染物的基本原理
◎ 电催化电极不电解质
◎ 电催化废水处理反应器形式及应用
装置。
阳极：不电池正极相联 阴极：不电池负极相联
根据离子迁秱的方向，又分为：
阴极：是阳离子秱向的一极 阳极：是阴离子秱向的一极
电解NaOH的电解池
主要内容
◎ 电化学 ◎ 电催化的定义及特点 ◎ 电催化去除污染物的基本原理
◎ 电催化电极不电解质
◎ 电催化废水处理望
◎ 电催化技术的优点、局限性及展望
电催化电极电解质
电极——指不电解质接触的电子导体或半导体，它 既是电子贮存器，能够实现电能的输入或输出，又 是电化学反应収生的场所。 催化电极——首先应该是一个电子导体，其次要兼 具催化功能，即：既能导电，又能对反应物迚行活 化，提高电子的转秱速率，对电化学反应迚行某种 促迚和选择。
电催化技术
（Technology of Electrocatalysis)
主要内容
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图1-1 电催化分解水
电催化作用是指电化学反应中，可借助改变电极材料和电极电位来控制反应方向和速率。
电极材料这种改变电化学反应速率而其本身不发生改变的作用称为电催化作用。
电催化作用的基底电极可以仅作为电子导体存在，亦可以即作为电子导体又兼有催化功能。
如基底电极仅作为电子导体，则电极表面的修饰物除了一般的传递电子外，还能对反应物进行活化或促进电子的转移，或二
许多化学反应尽管在热力学上是很有利的，但他们自身并不能以较高的速率进行。
为了使这类反应具有工业价值，有必要寻找均相或复相的催化剂，以。