應(yīng)用電化學(xué)：緒論

緒論§1.1前言§1.2電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展簡史§1.3電化學(xué)科學(xué)涉及的領(lǐng)域§1.4我國著名電化學(xué)家簡介§1.1前言1.什么是應(yīng)用電化學(xué)----從氯堿工業(yè)說起現(xiàn)已形成三大電化學(xué)工業(yè)體系：電解、電池、電分析。電化學(xué)應(yīng)用范圍很廣，在國民經(jīng)濟很多部門發(fā)揮巨大作用。電化學(xué)的實際應(yīng)用大致分為：（1）電化學(xué)合成：如氯堿工業(yè)、合成己二腈。（2）金屬的提取與精煉：熔鹽電解制鋁、精煉銅。（3）化學(xué)電源：1859年普蘭特（Planet）發(fā)明了鉛酸電池。鋅錳電池；太陽能電池、燃料電池、手機中的鋰電池等。（4）金屬腐蝕與防護(hù)：電化學(xué)腐蝕與防護(hù)、緩蝕劑。（5）物體表面修飾：電鍍、電泳涂漆。（6）電化學(xué)分離技術(shù)：電滲析、電浮離等。（7）電化學(xué)分析技術(shù)：應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)、環(huán)保及醫(yī)藥衛(wèi)生等。2.電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域§1.2電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展簡史1.電化學(xué)熱力學(xué)發(fā)展（1799~1905）

1799意大利物理學(xué)家伏打發(fā)明第一個化學(xué)電源1833法拉第定律1870亥姆霍茨提出雙電層概念

1889能斯特提出電極電位公式

1905塔菲爾提出塔菲爾公式2.電化學(xué)動力學(xué)發(fā)展（20世紀(jì)40年代）電化學(xué)動力學(xué)：研究電極反應(yīng)速度及其影響因素弗魯姆金等析氫過程動力學(xué)雙電層結(jié)構(gòu)研究取得進(jìn)展格來亨用滴汞電極研究兩類導(dǎo)體界面3.理論和實驗技術(shù)突破性進(jìn)展（20世紀(jì)60年代）

理論方面：非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)過程動力學(xué)表面轉(zhuǎn)化步驟復(fù)雜電極過程電子傳遞理論R.A.Marcus1992諾貝爾化學(xué)獎

實驗技術(shù)方面：界面交流阻抗法暫態(tài)測試方法線性電位掃描法旋轉(zhuǎn)圓盤電極系統(tǒng)電化學(xué)in-situ測試技術(shù)4.電化學(xué)理論新發(fā)展（20世紀(jì)80年代以后）

將量子力學(xué)引進(jìn)電化學(xué)領(lǐng)域形成量子電化學(xué)。與環(huán)境科學(xué)結(jié)合形成環(huán)境電化學(xué)。與材料結(jié)合形成材料電化學(xué)。與光結(jié)合形成光電化學(xué)。

與半導(dǎo)體結(jié)合形成半導(dǎo)體電化學(xué)。與生物化學(xué)結(jié)合形成生物電化學(xué)等等。

德國科學(xué)家（GerhardErtl）因?qū)腆w表面化學(xué)研究取得的杰出成就榮獲2007年度諾貝爾化學(xué)獎。

10月10日，瑞典皇家科學(xué)院發(fā)布的頒獎聲明稱，埃特爾在表面化學(xué)方面進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，這些研究對化學(xué)工業(yè)非常重要，同時也幫助人們理解各種不同的化學(xué)過程，比如鐵是如何生銹的、燃料電池如何工作以及汽車催化劑如何發(fā)揮作用，甚至可以解釋臭氧層為何遭受破壞等等。（1）電化學(xué)概念內(nèi)涵的改變電化學(xué)（近代約1800-1940年）電化學(xué)是研究電能和化學(xué)能之間的相互轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化過程中有關(guān)現(xiàn)象的科學(xué)。電化學(xué)（現(xiàn)代約1940-1980年）是研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)。電化學(xué)（1980年以后）是控制離子、電子、量子、導(dǎo)體、半導(dǎo)體、介電體間的界面及本體溶液中荷電粒子的存在和移動的科學(xué)技術(shù)。電化學(xué)是邊緣學(xué)科interdisciplinary/多領(lǐng)域跨學(xué)科multidisciplinar/超領(lǐng)域transdisciplinary量子電化學(xué)quantumelectrochemistry1999年提出了“電化學(xué)材料科學(xué)（ElectrochemicalMaterialsScience，EMS）”的概念?！?.3電化學(xué)科學(xué)涉及的領(lǐng)域目前國際上認(rèn)為，電化學(xué)材料科學(xué)可劃分為材料的電化學(xué)制備學(xué)、材料的電化學(xué)、電化學(xué)的材料學(xué)三個大的方面.具體研究內(nèi)容包括能源材料、材料電化學(xué)制備、電極材料、電解材料、電池材料、表面工程、電化學(xué)加工、電化學(xué)傳感信息材料、材料腐蝕與防護(hù)技術(shù)、材料的電化學(xué)表征等。特征：電化學(xué)領(lǐng)域橫跨純自然科學(xué)（理學(xué)）和應(yīng)用自然科學(xué)（工程、技術(shù)）兩大方面，而且各個領(lǐng)域都建立在共同的基礎(chǔ)（電化學(xué)）之上。1980年以后在跨學(xué)科和邊緣領(lǐng)域取得了極大的進(jìn)展。應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，這也表現(xiàn)在學(xué)術(shù)組織上，目前國際電化學(xué)學(xué)會（internationalsocietyofelectrochemistry,縮寫ISE）將其會員的活動分為8個大組進(jìn)行，各自涵蓋的學(xué)術(shù)領(lǐng)域如下:

一、界面電化學(xué)固/液導(dǎo)電表面和界面的結(jié)構(gòu)狀況雙電層結(jié)構(gòu)電子和離子轉(zhuǎn)移過程的理論電催化理論光電化學(xué)電化學(xué)體系的統(tǒng)計力學(xué)和量子力學(xué)方法二、電子導(dǎo)電相和離子導(dǎo)電相金屬、半導(dǎo)體、固態(tài)離子導(dǎo)體、熔鹽、電解質(zhì)溶液、離子/電子導(dǎo)電聚合物，以及嵌入化合物等的熱力學(xué)和傳輸性質(zhì)。三、分析電化學(xué)用于化學(xué)分析、檢測和過程控制的電化學(xué)方法與裝置（如直流電法、交流電法和電位法等技術(shù)）電化學(xué)傳感器（包括離子選擇性電極和固態(tài)器件）。四、分子電化學(xué)無機物、有機物和金屬有機化合物電極過程的機理和結(jié)構(gòu)狀況，以及在合成中的應(yīng)用。五、電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換能量的電化學(xué)產(chǎn)生、傳輸和儲存蓄電池燃料電池光電化學(xué)過程與裝置六、腐蝕、電沉積和表面處理材料腐蝕與保護(hù)的電化學(xué)鈍化電化學(xué)固相沉積與溶解過程的理論應(yīng)用（包括電鍍、電拋光、微建造和電化學(xué)成型）七、工業(yè)電化學(xué)和電化學(xué)工程工業(yè)電化學(xué)過程的基本概念及工藝學(xué)環(huán)境及能量狀況電解槽設(shè)計、放大與優(yōu)化電化學(xué)反應(yīng)器理論質(zhì)量、動量和電量傳遞的基本問題工程應(yīng)用的電化學(xué)裝置八、生物電化學(xué)生物體系組分的氧化還原過程生物膜及其模型物的電化學(xué)電化學(xué)生物傳感器電化學(xué)技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用由此可見，現(xiàn)代電化學(xué)是一門交叉學(xué)科，也是應(yīng)用前景非常明顯的學(xué)科。在過去的半個世紀(jì)中，電化學(xué)已為解決能源、材料、環(huán)境等的相關(guān)問題發(fā)揮了不可低估的作用，毫無疑問，在21世紀(jì)中該學(xué)科必將繼續(xù)為解決人類面臨的這些重大問題發(fā)揮更加顯著的作用。1．高性能儲氫/制氫和儲鋰新體系及聚合物電解質(zhì)中氫離子和鋰離子的傳輸機理

2．直接型燃料電池新體系和生物燃料電池；

3．用輕元素及其化合物組成儲/制氫材料及可充電多電子過渡金屬化合物電極；

4．超級電容器和氧化還原液流電池等特殊電化學(xué)儲電裝置；

5．質(zhì)子膜燃料電池的成流機理和衰退機理和新型質(zhì)子膜材料；

6．（公交）車用動力電池的衰退機理和循環(huán)及再生回收；

7．基于光電化學(xué)原理的新光伏電池體系和電池運行新型機制。

我國電化學(xué)“十一五”學(xué)科發(fā)展規(guī)劃一移動式電源和再生式能源是當(dāng)今能源發(fā)展中的重要方面發(fā)展各類材料的電化學(xué)制備新方法

1．電化學(xué)方法制備新型環(huán)境友好和生物醫(yī)用材料；

2．新型低能耗的電化學(xué)制備材料方法；3．基于電化學(xué)原理的新型微米/納米加工方法；

4．基于離子液體體系的電化學(xué)新方法等；

5．材料保護(hù)、防腐、循環(huán)使用(包括材料表面處理)的電化學(xué)新方法。1．生物膜與仿生界面的電荷傳輸、物質(zhì)傳輸與能量轉(zhuǎn)換以及生物膜內(nèi)源性電場的實驗和理論；

2．生命活動過程中的電生理現(xiàn)象（肌肉、神經(jīng)、腦等等）的電化學(xué)機制探索；

3．研究生物大分子的電子傳遞機制及分子間弱相互作用的（譜學(xué)）電化學(xué)方法；

4．對細(xì)胞各種行為的影響和控制的電化學(xué)方法；

5．生命活動過程電活性粒子（物質(zhì)）的定向有序?qū)Ｒ坏膫鬟f、傳導(dǎo)或轉(zhuǎn)移。

基于生命體系中廣泛存在（電解質(zhì)）水和各類電荷傳輸?shù)奶攸c，電化學(xué)在生命領(lǐng)域所扮演的重要角色將日益凸現(xiàn)1．芯片、微傳感器和微系統(tǒng)制造過程中的電化學(xué)技術(shù)和理論;

2．結(jié)合微系統(tǒng)技術(shù)制備微電解池和微電池體系以及組合電化學(xué)體系；

3．基于微系統(tǒng)技術(shù)的電化學(xué)傳感器微型化和集成化；

4．超分子化學(xué)、自組裝、分子印跡和分子遺傳學(xué)等在電化學(xué)傳感器的應(yīng)用；5．電化學(xué)法制備納米器件或分子器件的探索。四電化學(xué)在信息和環(huán)境領(lǐng)域中的最大挑戰(zhàn)是在微芯片、微傳感器和微系統(tǒng)制造方面的研究工作1．復(fù)雜電化學(xué)相界（如三相界、固－固、膜－液、液－液等）的結(jié)構(gòu)、