1、班級：應化班級：應化1351宿舍：宿舍：6609組數：第組數：第6組組成員：徐小文成員：徐小文 張亮亮張亮亮 陳曉偉陳曉偉 陳濤陳濤 鄧冬冬鄧冬冬電化學合成技術與工藝電化學合成技術與工藝第七章第七章Electrochemical Synthesis Technology電化學合電化學合成概述成概述CONTENTS電化學理電化學理論基礎論基礎電化學合電化學合成工藝方成工藝方法法電化學工電化學工程與工業程與工業應用應用目錄目錄PPT模板下載： BUSENESS PLANl電化學合成發展史l電化學合成的特點logo1600 Gilbert（英） 發現摩擦生電1791 Galvani （意大利） 發現

2、生物電現象1799 Volta （意大利） 發明電池1800 Nicholson - Carlisle（英） 電解水1807 Davy（英） 電解制堿金屬1833 Faraday(英） 電解定律1839 Grove 氫氧燃料電池1879 Helmholtz (德 ) 雙電層理論1884 Arrhenius(瑞典） 電離學說1900 Nernst（德） Nernst方程1905 Tafel(德） Tafel方程1923 Debey(荷蘭)- Huckel(德)離子互吸理論 電化學合成發展史精選ppt5電化學合成的特點合成體系清潔，產物純度高；可制備高氧化態合成體系清潔，產物純度高；可制備高氧化態

3、或低還原態化合物；可選擇性地制備特定價態或低還原態化合物；可選擇性地制備特定價態化合物；可制備一些特殊的物質或聚集態。化合物；可制備一些特殊的物質或聚集態。較低的溫度下進行，能耗降低。反應溫度下降，較低的溫度下進行，能耗降低。反應溫度下降，設備材料的腐蝕，損耗和意外事故減少。可以設備材料的腐蝕，損耗和意外事故減少。可以在低揮發或者不揮發反應介質中進行在低揮發或者不揮發反應介質中進行。產物和反應物易于回收。電解質與活性電化學產物和反應物易于回收。電解質與活性電化學媒介是可再生的，對環境沒有排放媒介是可再生的，對環境沒有排放。電化學理論基礎電化學理論基礎l電解質溶液l電化學反應熱力學l極化過程與動

4、力學方程l電極過程研究技術l電解過程研究技術電解質溶液010203。電子導體電子導體 （第一類導體）（第一類導體）依靠自由電子的運動而導電。依靠自由電子的運動而導電。例如：金屬、石墨等。例如：金屬、石墨等。溫度升高，溫度升高， 導電能力下降。導電能力下降。離子導體離子導體 （第二類導體）（第二類導體）依靠離子定向運動和電極依靠離子定向運動和電極 反應而導電。反應而導電。例如：電解質溶液和熔融電解質。例如：電解質溶液和熔融電解質。溫度升高，電解質溶液的導電能力增大溫度升高，電解質溶液的導電能力增大導導體體電解質溶液。電解池：電解池：電能轉換為化學能的裝置電能轉換為化學能的裝置例：電解例：電解HC

5、l水溶液水溶液負極負極(發生還原反應發生還原反應陰極陰極)2He2H2 正極正極 (發生氧化反應發生氧化反應陽極陽極) e2ClCl22電池反應電池反應22HClH2Cl2 精選ppt9電解質溶液導電機理導電機理:。陽極陽極( (負極負極) ) e2ZnZn2陰極陰極( (正極正極) )Cue2Cu2 電池反應電池反應CuZnCuZn22 電極上得失電子的反應電極上得失電子的反應溶液中離子的定向遷移溶液中離子的定向遷移原電池原電池：化學能轉換為電能的裝置：化學能轉換為電能的裝置精選ppt10精選ppt11 精選ppt12電導率與濃度的關系電導率與濃度的關系弱電解質溶液電導率隨濃度增加而變大，但

6、變化不顯著強電解質溶液當濃度C5mol/dm3時，電導率隨著濃度的增加而升高，幾乎成正比關系。當濃度C5mol/dm3時，電導率隨著濃度的增加而降低，如H2SO4 和KOH溶液。精選ppt13強電解質的 m與c的關系隨著濃度下降m 升高，很快達到一個極限值m，既無限稀釋時的摩爾電導率，通常當濃度降至0.01mol/dm3以下時， m與c 之間呈線性關系。德國科學家Kohlrausch(科爾勞施）總結的經驗式為： m= m（1- .）是與電解質性質有關的常數。將直線外推至c0，得到無限稀釋摩爾電導率m 。c精選ppt14 uuuQQt uuuQQt精選ppt15能斯特方程式能斯特方程式 O+ne

7、R（O：氧化態粒子R：還原太粒子，n反應所涉及的電子數）在平衡狀態下（電子交換、物質交換均達到平衡），電極/溶液界面所建立的電極電位滿足：其中：平：平衡電位平0：標準平衡電位T：絕對溫度，F：法拉第常數o，R：氧化態，還原態粒子活度Nernst方程是電化學熱力學的基石。R00lnnFRT平平電化學熱力學電化學熱力學精選ppt162-2 相間電位與電極電位相間電位與電極電位一一.雙電層的形成與種類雙電層的形成與種類1.帶電粒子在兩相間的遷移：這是由于帶電粒子在兩相中化學位的不同，引起粒子由高化學位向低化學位的遷移現象。a.兩不同電子導體相相接觸，由于電子在兩相中化學位的不同而引起的定向遷移，遂在

8、界面形成雙電層。b.具有不同密度的兩種電解質溶液相接觸，離子由高濃度向低濃度遷移，遂在界面形成雙電層。c.電子導體相與離子導體相相接觸，帶電粒子在兩相間的遷移，遂形成異相界面形成雙電層。精選ppt172.帶電粒子或偶極子在兩相界面的定向排列a.帶電粒子由于特性吸附在溶液一側形成的表面雙電層。b.偶極子在溶液一側的定向排列c.電子導體相一側的偶極化3.由于外電路的作用形成的雙電層（電容）其中第一類的C及第二、三類雙電層是本課程的研究重點。精選ppt18二.電化學位將一試驗電荷（i）自無窮遠處移入研究相（P），所涉及的全部能量變化的稱為試驗電荷在研究相的電化學位。記作：試驗電荷移動過程中涉及的能量

9、變化可分為三部分（1）試驗電荷自無窮遠處移至研究相附近（10-410-5cm）克服（研究相所帶電荷產生的）外電場所做的功W1。z：實驗電荷所帶電荷數，e0：電子電量，： 研究相外電位Pi01Wezi精選ppt19（2）實驗電荷自研究相附近移入相內克服表面電場所做的功W2。X：研究相表面偶極子分布產生的表面電場。（3）實驗電荷進入研究相克服短程力（化學作用）所做的功W3。即實驗電荷在P點的化學位。所以有外電位與內表面電位的和又稱之為內電位，記作：。Xezi02WPi3W)(WWW0321XeziPiPiX精選ppt20由電化學位的表達形式可見，它只是一種特殊的化學位。若研究的粒子不帶電荷，則其電

10、化學位等于其化學位。與化學為一樣，電化學位是用以判斷粒子在電化學體系中是否建立平衡的重要參量，其單位是能量單位。精選ppt21三.相間電位差兩相至接觸相間的存在兩種電位差：相間內電位差： = 1- 2相間外電位差： = 1-2相間內（外）電位差稱之為電化學體系的絕對電極電位。注：兩不同相間的內電位差不能直接測量，而外電位差是可直接測量。精選ppt22四.電極電位（相對）1電池的電動勢電池由（I）和（II）兩個電子導體相和電解質相S構成。由此可見電池的電動勢包括相互接觸相的內電位差或外電位差的和。IIIIISSIV精選ppt232.電極電位將參考電極取代電子導體相與研究電極構成電化學電池。IRR

11、SSIV若將所有的研究電極系統均與參考電極體系構成電池，測得的其電池電動勢，由上式可知，所有電動勢組成中的后兩項幾乎相等。即電池電動勢的大小取決于第一項的大小。這樣就有可能解決不同相間絕對電極電位不可直接測量的問題。精選ppt24電極電位（相對）：研究電極與標準氫電極系統（PH2=1atm，H+=1mol/L）構成無液接電池，測得該兩電池兩端（相同電子導體相）在無電流通過時的內電位差，稱之為研究電極的相對電位，即電極電位。電位的符號以研究電極在原電池中極性決定。在實際應用中，由于標準氫電極使用不方便，常使用第二類金屬構成的電極系統稱為參考電極。主要有下列幾種：a.Hg/HgCl2,KCl甘汞電

12、極b.Hg/HgO,KOH氧化汞電極cHg/Hg2SO4,H2SO4硫酸亞汞電極d.Ag/AgCl,KCl銀，氯化銀電極作為參考電極的基本條件：操作簡單、重現性好、可逆性好。精選ppt25標準氫電極示意圖電化學合成工藝簡介電化學合成工藝簡介精選ppt27電化學合成工藝簡介電化學合成工藝簡介電化學合成最基本的研究對象，是各類電化學反應在“電極溶液”界面上的熱力學與動力學性質，證實這些反應在電化學體系內的反應可能性及其機理。化學反應的本質是反應物外層電子的得失，故任何一個氧化還原反應理論上都可以按照化學和電化學兩種本質不同的反應機理來完成。對于任何一個如下式所示的氧化還原反應：A+BC+D（1）；

13、如果通過化學反應實現上列反應，則可以表示為：A+BABC+D(2)化學反應過程中A粒子和B粒子通過相互碰撞形成一種活化配合物中間態-AB，然后轉變成產物。精選ppt28如果式(1)的反應在電解裝置中進行，則在陰極和陽極分別發生下列電極反應：陰極反應:A+neC(3)陽極反應:B-neD(4)電化學總反應:A+BC+D(5)精選ppt29電極反應在電極與溶液之間形成的界面上進行。對于單個電極而言，電極過程由下列步驟串聯而成：(1)反應物粒子自溶液本體向電極表面傳遞；(2)反應物粒子在電極表面或電極表面附近液層中進行某種轉化，例如表面吸附或發生化學反應；(3)在電極與溶液之間的界面上進行得失電子的

14、電極反應；(4)電極反應產物在電極表面或電極表面附近液層中進行某種轉化，例如表面脫附或發生化學反應；(5)電極反應產物自電極表面向溶液本體傳遞。任何一個電極過程都包括上述(1)、(3)、(5)三步，某些電極過程還包括(2)、(4)兩步或其中一步。電極過程各步進行的速度存在差別，整個過程由其中最慢的一步控制，稱為“控制步驟”。電化學合成工藝流程通常包括電解合成前處理、電解合成、電解合成后處理各步，其中電解合成是最重要的步驟。電解合成前后處理與化學合成相似，通常為凈化、除濕、精制、分離等操作。電化學合成是一種綠色合成技術，其突出的優點之一就是無污染或者少污染，因而在三廢處理方面負擔輕、投入少。電化

15、學合成的研電化學合成的研究進展和展望究進展和展望精選ppt311、合成納米材料（1）石墨層間化復合物（2）納米粒子、薄膜、晶體2、合成電極材料3、合成功能材料4、合成超導材料電化學合成的應用電化學合成的應用5、電化學合成無機化工原料6、電化學合成有機物（2）L一半胱氨酸（1）鄰，對，間三氟甲基苯甲酸（3）維生素k3精選ppt32電化學合成的研究進展和展望電化學合成的研究近二十年來進展迅速，研究領域包括直接電化學合成、間接電化學合成、界面修飾電極、反應性電極等。除此之外，在下述領域也取得了很大進：(1)固體聚合物電解質（SPE）在電化學中的應用。SPE是一種高分子離子交換膜，由于其較好的化學和機械穩定性、優良的導電性等優點，目前逐漸應用于氯堿工業、電解水工業以及航空航天用燃料電池、核潛艇用氧氣發生器等領域，使這些領域的技術水平取得了革命性的進步。精選ppt33(2)碳載SbPbPt電催化納米材料的最新研究進展。電極材料一直是電化學研究的重點，尋找和研制高活性、高選擇性的新型電催化劑材料具有重要的意義。近年來，在導電載體上沉積納米材料制備