材料電化學基礎

第1章  緒論
1.1　電化學的發(fā)展歷程與未來趨勢　001
1.1.1　電化學的發(fā)展歷程　001
1.1.2　電化學發(fā)展的必要性和迫切性　003
1.2　電化學基本概念　004
1.2.1　離子、電解質與電荷的量子化　004
1.2.2　電解池與原電池　005
1.2.3　法拉第定律　006
1.2.4　量度單位制　007
1.3　電解液的基本概念　008
1.3.1　電解液概述　008
1.3.2　電解液電導率及其測量　008
1.3.3　離子遷移率與離子電導率　011
1.3.4　活度基本概念　012
例題　014
思考題　014
習題　015
第2章　相邊界的雙電層結構
2.1　電極/溶液界面的基本結構與性質　016
2.1.1　離子的溶劑化　016
2.1.2　電極/溶液界面的基本結構　018
2.1.3　斯特恩模型　020
2.1.4　緊密層的結構　023
2.1.5　零電荷電勢　026
2.2　電毛細現(xiàn)象　027
2.2.1　電毛細曲線及其測定　027
2.2.2　電毛細曲線的微分方程　028
2.2.3　不可極化界面的電毛細方程　029
2.2.4　微分電容的測量　030
2.3　電極/溶液界面的吸附現(xiàn)象　032
2.3.1　吸附等溫線的形式　032
2.3.2　粒子在電極表面的吸附　034
2.3.3　研究電極表面吸附層的電化學方法　036
例題　037
思考題　039
習題　039
第3章  電極過程熱力學概述
3.1　相間電勢　041
3.1.1　內電勢與外電勢　042
3.1.2　金屬接觸電勢　042
3.1.3　電極電勢　043
3.1.4　電勢與相對電勢　045
3.1.5　標準氫電極和標準電極電勢　045
3.1.6　液體接界電勢　047
3.2　吉布斯自由能與能斯特方程　049
3.2.1　電池電動勢與Gibbs 自由能　049
3.2.2　電池反應的摩爾熵變　050
3.2.3　電池反應的摩爾焓變　050
3.2.4　電池可逆放電時的反應熱　050
3.2.5　電池電動勢與化學平衡常數(shù)的關系　050
3.2.6　能斯特方程　051
3.3　可逆電池與可逆電極　053
3.3.1　可逆電池　053
3.3.2　電池符號的表達方式　053
3.3.3　可逆電極的類型　054
3.3.4　可逆電池的類型　055
3.4　不可逆電極　058
3.4.1　不可逆電極的特征　058
3.4.2　不可逆電極的類型　060
3.4.3　可逆/不可逆電勢的判定　060
3.5　φ-pH 圖及其應用　061
3.5.1　φ-pH 圖的繪制方法及分類　062
3.5.2　水的φ-pH 圖　063
3.5.3　Fe-H2 O 體系的φ-pH 圖及應用　064
3.5.4　φ-pH 圖的局限性　066
例題　066
思考題　067
習題　068
第4章  電極過程動力學概述
4.1　電極的極化　069
4.1.1　電極極化現(xiàn)象　069
4.1.2　極化產生的原因　070
4.1.3　極化曲線　070
4.2　電化學體系極化　074
4.2.1　原電池的極化　074
4.2.2　電解池的極化　075
4.3　電極過程特征　076
4.3.1　電極過程的基本歷程　077
4.3.2　電極過程的速度控制步驟　078
例題　079
思考題　079
習題　080
第5章  液相傳質動力學
5.1　液相傳質方式　081
5.1.1　電遷移　081
5.1.2　對流　082
5.1.3　擴散　082
5.1.4　三種傳質方式的關系　083
5.2　穩(wěn)態(tài)擴散過程　084
5.2.1　不同條件下的穩(wěn)態(tài)擴散　084
5.2.2　旋轉圓盤電極　088
5.2.3　電遷移對穩(wěn)態(tài)擴散的影響　089
5.3　濃差極化方程　090
5.3.1　濃差極化規(guī)律　090
5.3.2　濃差極化的判別方法　094
5.4　非穩(wěn)態(tài)擴散過程　095
5.4.1　菲克第二定律　095
5.4.2　非穩(wěn)態(tài)過程的濃度變化　095
5.5　滴汞電極簡介　103
5.5.1　滴汞電極基本性質　104
5.5.2　極譜電流　104
5.5.3　極譜波　105
例題　107
思考題　109
習題　109
第6章  電子轉移步驟動力學
6.1　電極電勢與電子轉移動力學的關系　111
6.1.1　電極電勢對電荷轉移步驟活化能的影響　111
6.1.2　電極電勢對電子轉移反應速率的影響　114
6.2　電荷轉移過程的基本動力學參數(shù)　115
6.2.1　傳遞系數(shù)　115
6.2.2　交換電流密度j0 　115
6.2.3　電極反應速率常數(shù)K 　117
6.3　穩(wěn)態(tài)下的電化學極化規(guī)律　118
6.3.1　電化學極化的主要特征　119
6.3.2　巴特勒-伏爾摩方程式　119
6.4　多電子反應的電極動力學　123
6.4.1　電子分步轉移的電化學反應　123
6.4.2　多電子轉移的動力學規(guī)律　125
6.4.3　雙電層結構對電化學反應動力學規(guī)律的影響　126
6.4.4　濃度極化對電化學反應動力學規(guī)律的影響（不考慮ψ1 效應）　127
6.4.5　影響電極反應速率的因素　129
例題　129
思考題　130
習題　130
第7章  氫、氧電極化過程
7.1　氫電極過程　131
7.1.1　氫電極　131
7.1.2　氫的陰極還原過程　131
7.1.3　析氫過電勢及其影響因素　133
7.1.4　氫陰極還原過程的機理　136
7.1.5　氫的陽極氧化　139
7.2　氧電極過程　140
7.2.1　氧的陰極還原　140
7.2.2　氧的陽極氧化　141
7.3　探究氣體電極過程的意義　142
例題　143
思考題　143
習題　144
第8章  金屬的電化學腐蝕過程
8.1　陽極反應過程的特點　145
8.2　金屬的鈍化　147
8.2.1　鈍化出現(xiàn)的原因　147
8.2.2　鈍化的影響因素　148
8.2.3　金屬鈍化理論　150
8.3　金屬的腐蝕　153
8.3.1　電化學腐蝕機理　153
8.3.2　金屬的腐蝕過程　157
8.3.3　金屬腐蝕的防護　160
例題　162
思考題　162
習題　163
第9章  金屬的電沉積過程
9.1　金屬的電沉積　164
9.1.1　電沉積的基本過程及實質　164
9.1.2　電沉積的影響因素　165
9.2　金屬的陰極還原　174
9.2.1　金屬離子在溶液中的陰極還原　174
9.2.2　簡單金屬離子的陰極還原　177
9.2.3　金屬絡離子的陰極還原　178
9.3　電沉積與電鍍　179
9.3.1　電沉積　179
9.3.2　電鍍　180
例題　181
思考題　181
習題　182
第10章  傳統(tǒng)電池
10.1　電池的基本性能參數(shù)　184
10.1.1　電池的結構與反應　184
10.1.2　電池電動勢　184
10.1.3　電極極化現(xiàn)象　186
10.1.4　電池容量　188
10.1.5　電池的效率　189
10.1.6　自放電現(xiàn)象　189
10.2　傳統(tǒng)一次電池　191
10.2.1　鋅錳干電池　191
10.2.2　堿錳干電池　193
10.3　傳統(tǒng)二次電池　195
10.3.1　鉛酸蓄電池　195
10.3.2　鎳基電池　197
10.3.3　鋰離子電池　198
10.4　燃料電池　200
10.4.1　燃料電池基礎　200
10.4.2　燃料電池的效率　202
例題　203
思考題　203
習題　204
第11章  新型能量轉化及儲能器件
11.1　超級電容器　205
11.1.1　超級電容器概述　206
11.1.2　超級電容器的分類　209
11.1.3　超級電容器關鍵材料及實例分析　213
11.2　鋰硫電池　216
11.2.1　鋰硫電池概述　217
11.2.2　鋰硫電池關鍵材料及實例分析　220
11.3　鈉離子電池　226
11.3.1　鈉離子電池發(fā)展歷程與基本概念　226
11.3.2　鈉離子電池關鍵材料　227
11.3.3　實例分析　230
11.4　固態(tài)電池　233
11.4.1　固態(tài)電解質概述　233
11.4.2　固態(tài)電解質在電池中的實際應用　237
例題　243
思考題　243
習題　244
第12章  電化學測試方法
12.1　電化學信號的測量　245
12.1.1　電極電勢的測量　245
12.1.2　極化電流的測量　246
12.1.3　工作電極　247
12.1.4　參比電極　249
12.1.5　輔助電極及鹽橋　252
12.1.6　電解池　254
12.2　電極動力學過程參數(shù)的研究方法　255
12.2.1　穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)　255
12.2.2　暫態(tài)測量技術　256
12.2.3　控制電流的暫態(tài)測量技術　257
12.2.4　控制電勢的暫態(tài)測量技術　259
12.3　線性電勢掃描與循環(huán)伏安技術　262
12.3.1　線性電勢掃描技術　262
12.3.2　循環(huán)伏安技術　265
12.4　電化學阻抗譜　268
12.4.1　交流電路的基本性質　268
12.4.2　法拉第阻抗及應用　270
12.4.3　交流電化學阻抗譜　271
例題　273
思考題　273
習題　273
附錄
附錄一　常見的標準電極電勢　274
附錄二　常見的溶度積（298.15K）　275
附錄三　常見的直接電荷轉移氣體反應類型　276
附錄四　常見的物理常量　276
參考文獻