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電化學原理與應用 版權信息
- ISBN：9787122451675
- 條形碼：9787122451675 ; 978-7-122-45167-5
- 裝幀：平裝
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
電化學原理與應用 內容簡介
《電化學原理與應用》是高等學校材料類專業教學指導委員會規劃教材。全書共分為9章。前6章主要介紹了電化學基本科學原理，包括電解質基礎理論、電化學熱力學、電極/溶液界面的結構與性質、電化學動力學（電化學反應動力學、液相傳質動力學）；后3章重點介紹了幾類重要的電化學應用技術，包括電化學能量存儲技術、電化學能量轉換技術以及電化學合成與表面精飾技術。本書是高等院校材料類、化學化工類、能源類、環境類、電子信息類等專業本科生或研究生的基礎課程教材，也可供從事電化學相關的科研人員或工程技術人員參考。
電化學原理與應用 目錄
第1章 電化學科學導論
1.1電化學概述 1
1.1.1淺識電化學 1
1.1.2電化學反應的基本原則與法拉第定律 2
1.1.3電化學科學的研究對象 4
1.1.4電化學的實際應用 4
1.2電解質理論概要 6
1.2.1電解質的分類 6
1.2.2水溶液電解質與離子水化 8
1.2.3電解質溶液的電導（率） 9
1.2.4電解質溶液的活度 15
1.3電化學的發展歷史與趨勢 19
1.3.1電化學萌芽與初級階段 19
1.3.2電化學熱力學理論的發展 20
1.3.3電化學動力學理論的發展 21
1.3.4現代電化學的發展 21
思考題 22 第2章 電化學熱力學
2.1相間電位及其本質 24
2.1.1相間電位 24
2.1.2內電位、外電位與電化學位 25
2.2電極電位與參比電極 26
2.2.1電極電位的形成 26
2.2.2相對電位 27
2.2.3參比電極 28
2.3電極的可逆性與能斯特方程 29
2.3.1電池的可逆性 29
2.3.2可逆電池的熱力學性質 30
2.3.3可逆電極及其電位 32
2.3.4標準電位序及其作用 34
2.4可逆電極與不可逆電極 36
2.4.1可逆電極類型 36
2.4.2不可逆電極及其特點 38
2.4.3不可逆電極類型 39
2.4.4電極可逆性的判別 40
2.4.5電極電位的影響因素 41
2.5液接電位與膜電位 43
2.5.1液接電位及其來源 43
2.5.2濃差電池 44
2.5.3液接電位的消除 45
2.5.4膜電極與膜電位 45
2.6電化學腐蝕與Pourbaix圖 47
2.6.1金屬的電化學腐蝕 47
2.6.2Pourbaix圖及其繪制 48
2.6.3水的Pourbaix圖 49
2.6.4Fe-H2O的Pourbaix圖的繪制及分析 50
2.6.5Fe-H2O的電化學腐蝕圖及其分析 53
2.6.6金屬的電化學防腐保護 55
2.6.7金屬Pourbaix圖的局限性 55
思考題 56 第3章 電極 溶液界面的結構與性質
3.1理想極化電極 58
3.2電毛細曲線 59
3.2.1界面張力 59
3.2.2電毛細曲線的測量 60
3.2.3李普曼方程 61
3.2.4離子界面剩余量 62
3.3微分電容曲線 63
3.3.1平板電容器 63
3.3.2界面雙電層的電容特性 64
3.3.3微分電容曲線 65
3.3.4微分電容曲線與電毛細曲線的比較 66
3.3.5零電荷電位 66
3.4界面雙電層結構模型 68
3.4.1緊密層結構模型 68
3.4.2分散層結構模型 69
3.4.3緊密-分散層結構模型 69
3.4.4雙電層方程式 70
3.5緊密層的精細結構 73
3.5.1電極界面的水偶極子層 74
3.5.2特性吸附 74
3.5.3內緊密層和外緊密層 76
3.5.4緊密層結構與微分電容 76
3.6電極 溶液界面的分子和原子吸附 78
3.6.1表面活性物質 78
3.6.2有機物的界面吸附特點 79
3.6.3氫原子和氧的界面吸附特點 81
思考題 83 第4章 電化學動力學概論
4.1極化與極化曲線 85
4.1.1電極的極化與極化曲線 85
4.1.2過電位與極化度 86
4.1.3兩種電化學體系的極化圖 87
4.2電極過程的基本歷程及電化學反應類型 90
4.2.1基本歷程 90
4.2.2電化學反應的特點及其類型 91
4.3電極過程的決速步驟與極化類型 91
4.3.1反應活化能 91
4.3.2決速步驟 92
4.3.3極化類型 93
4.4研究電極過程的分析方法 94
4.4.1近平衡態 94
4.4.2電極過程的分析步驟 94
思考題 95 第5章 電化學反應動力學
5.1電化學反應動力學理論發展簡介 96
5.2電化學反應的活化能與反應速度 97
5.2.1電化學反應活化能 97
5.2.2電化學反應速度 99
5.3Butler-Volmer方程 101
5.3.1Butler-Volmer基本方程及其特點 101
5.3.2電化學反應動力學的基本參數 102
5.3.3平衡狀態下電極反應動力學和熱力學之間的聯系 104
5.3.4電極反應動力學性質與交換電流密度的一般性規律 105
5.4單電子反應的穩態電化學極化特點 106
5.4.1高過電位下的極化特點 106
5.4.2低過電位下的極化特點 107
5.4.3電化學反應動力學參數的測量原理 108
5.5多電子反應動力學 109
5.5.1多電子電化學反應的特征 109
5.5.2多電子反應的Butler-Volmer方程 109
5.5.3多電子反應的極化特點 111
5.6分散層對電化學反應動力學的影響 112
5.6.1分散層結構對電化學反應動力學的影響 112
5.6.2φ1效應下的反應動力學方程 113
5.6.3φ1效應對陰極還原反應的影響 114
思考題 115 第6章 液相傳質動力學
6.1液相傳質方式 117
6.1.1液相傳質的三種方式 117
6.1.2液相傳質的基本方程 119
6.2理想穩態擴散 119
6.2.1理想穩態擴散的實現 119
6.2.2理想穩態擴散的假設條件 120
6.2.3理想穩態擴散的動力學規律 120
6.3濃差極化規律及判別 121
6.3.1濃差極化的基本規律 121
6.3.2判別方法 124
6.4非穩態擴散 125
6.4.1菲克第二定律 125
6.4.2平面電極上的非穩態擴散 126
6.5電化學極化與濃差極化共存時的動力學規律 128
6.5.1實際反應中的極化現象 128
6.5.2混合控制時的動力學規律 128
6.5.3兩類極化規律特征的比較 130
思考題 130 第7章 電化學能量存儲技術
7.1電池的基本性能參數 132
7.1.1開路電壓與工作電壓 132
7.1.2容量與比容量 133
7.1.3庫侖效率和能量效率 134
7.1.4能量密度和功率密度 135
7.1.5倍率與循環壽命 136
7.1.6貯存性能與自放電 136
7.2鋰離子電池 137
7.2.1鋰離子電池概述 137
7.2.2電池結構與反應原理 137
7.2.3負極材料 138
7.2.4正極材料 139
7.2.5鋰離子電池的應用 141
7.3鋰金屬電池 141
7.3.1鋰金屬負極的發展歷史與性能特點 141
7.3.2鋰一次電池 142
7.3.3鋰硫二次電池 143
7.3.4鋰-空氣電池 146
7.3.5金屬鋰負極的挑戰與解決策略 148
7.4鈉離子電池 150
7.4.1鈉離子電池概述 150
7.4.2電池結構與儲鈉反應原理 151
7.4.3正極材料 152
7.4.4負極材料 152
7.4.5電解質 154
7.5鈉金屬電池 155
7.5.1鈉-硫電池 155
7.5.2鈉-氯化鎳電池 157
7.5.3鈉-空氣電池 158
7.6鋅金屬電池 159
7.6.1鋅-錳電池 159
7.6.2鋅-氧化銀電池 163
7.6.3鋅-空氣電池 166
7.6.4可充鋅離子電池 167
7.7液流電池 173
7.7.1液流電池的發展歷史 173
7.7.2液流電池的基本結構及其工作原理 174
7.7.3全釩液流電池 175
7.7.4鋅基液流電池 176
7.8傳統蓄電池 179
7.8.1鉛酸蓄電池 179
7.8.2鎳-鎘電池 179
7.8.3鎳氫電池 180
思考題 180 第8章 電化學能量轉換技術
8.1電催化技術 182
8.1.1電催化反應的基本規律 182
8.1.2電催化劑的電子結構效應、協同效應和表面結構效應 182
8.1.3電催化劑的關鍵性能參數 183
8.1.4氫電催化 186
8.1.5氧電催化 189
8.1.6氨電催化 192
8.1.7碳基電催化 194
8.2光電催化技術 195
8.2.1半導體的基本性質 196
8.2.2半導體與溶液接觸時的界面性質 198
8.2.3光電催化反應過程 201
8.2.4光電催化分解水制氫 206
8.2.5光電催化二氧化碳還原 207
8.3燃料電池 208
8.3.1燃料電池及其特點 208
8.3.2燃料電池發展歷史 208
8.3.3燃料電池的基本結構與工作原理 210
8.3.4燃料電池的效率 211
8.3.5燃料電池的類型 212
思考題 216 第9章 電化學合成與表面精飾技術
9.1電化學合成技術 217
9.1.1無機物電合成 217
9.1.2有機電合成 222
9.2金屬的電沉積 223
9.2.1金屬電沉積的基本歷程與特點 224
9.2.2金屬離子的陰極還原過程 224
9.2.3金屬的電結晶過程 227
9.2.4電鍍過程 229
9.3金屬陽極氧化 231
9.3.1兩種金屬氧化的方法 231
9.3.2金屬陽極氧化的極化曲線 232
9.3.3鋁的陽極氧化過程及成膜機理 234
9.3.4鈦及鈦合金陽極氧化過程及成膜機理 235
9.4電泳涂裝技術 236
9.4.1陽極電泳涂裝 237
9.4.2陰極電泳涂裝 237
思考題 238 附錄 部分溶液中反應的標準電極電位（25℃） 參考文獻
1.1電化學概述 1
1.1.1淺識電化學 1
1.1.2電化學反應的基本原則與法拉第定律 2
1.1.3電化學科學的研究對象 4
1.1.4電化學的實際應用 4
1.2電解質理論概要 6
1.2.1電解質的分類 6
1.2.2水溶液電解質與離子水化 8
1.2.3電解質溶液的電導（率） 9
1.2.4電解質溶液的活度 15
1.3電化學的發展歷史與趨勢 19
1.3.1電化學萌芽與初級階段 19
1.3.2電化學熱力學理論的發展 20
1.3.3電化學動力學理論的發展 21
1.3.4現代電化學的發展 21
思考題 22 第2章 電化學熱力學
2.1相間電位及其本質 24
2.1.1相間電位 24
2.1.2內電位、外電位與電化學位 25
2.2電極電位與參比電極 26
2.2.1電極電位的形成 26
2.2.2相對電位 27
2.2.3參比電極 28
2.3電極的可逆性與能斯特方程 29
2.3.1電池的可逆性 29
2.3.2可逆電池的熱力學性質 30
2.3.3可逆電極及其電位 32
2.3.4標準電位序及其作用 34
2.4可逆電極與不可逆電極 36
2.4.1可逆電極類型 36
2.4.2不可逆電極及其特點 38
2.4.3不可逆電極類型 39
2.4.4電極可逆性的判別 40
2.4.5電極電位的影響因素 41
2.5液接電位與膜電位 43
2.5.1液接電位及其來源 43
2.5.2濃差電池 44
2.5.3液接電位的消除 45
2.5.4膜電極與膜電位 45
2.6電化學腐蝕與Pourbaix圖 47
2.6.1金屬的電化學腐蝕 47
2.6.2Pourbaix圖及其繪制 48
2.6.3水的Pourbaix圖 49
2.6.4Fe-H2O的Pourbaix圖的繪制及分析 50
2.6.5Fe-H2O的電化學腐蝕圖及其分析 53
2.6.6金屬的電化學防腐保護 55
2.6.7金屬Pourbaix圖的局限性 55
思考題 56 第3章 電極 溶液界面的結構與性質
3.1理想極化電極 58
3.2電毛細曲線 59
3.2.1界面張力 59
3.2.2電毛細曲線的測量 60
3.2.3李普曼方程 61
3.2.4離子界面剩余量 62
3.3微分電容曲線 63
3.3.1平板電容器 63
3.3.2界面雙電層的電容特性 64
3.3.3微分電容曲線 65
3.3.4微分電容曲線與電毛細曲線的比較 66
3.3.5零電荷電位 66
3.4界面雙電層結構模型 68
3.4.1緊密層結構模型 68
3.4.2分散層結構模型 69
3.4.3緊密-分散層結構模型 69
3.4.4雙電層方程式 70
3.5緊密層的精細結構 73
3.5.1電極界面的水偶極子層 74
3.5.2特性吸附 74
3.5.3內緊密層和外緊密層 76
3.5.4緊密層結構與微分電容 76
3.6電極 溶液界面的分子和原子吸附 78
3.6.1表面活性物質 78
3.6.2有機物的界面吸附特點 79
3.6.3氫原子和氧的界面吸附特點 81
思考題 83 第4章 電化學動力學概論
4.1極化與極化曲線 85
4.1.1電極的極化與極化曲線 85
4.1.2過電位與極化度 86
4.1.3兩種電化學體系的極化圖 87
4.2電極過程的基本歷程及電化學反應類型 90
4.2.1基本歷程 90
4.2.2電化學反應的特點及其類型 91
4.3電極過程的決速步驟與極化類型 91
4.3.1反應活化能 91
4.3.2決速步驟 92
4.3.3極化類型 93
4.4研究電極過程的分析方法 94
4.4.1近平衡態 94
4.4.2電極過程的分析步驟 94
思考題 95 第5章 電化學反應動力學
5.1電化學反應動力學理論發展簡介 96
5.2電化學反應的活化能與反應速度 97
5.2.1電化學反應活化能 97
5.2.2電化學反應速度 99
5.3Butler-Volmer方程 101
5.3.1Butler-Volmer基本方程及其特點 101
5.3.2電化學反應動力學的基本參數 102
5.3.3平衡狀態下電極反應動力學和熱力學之間的聯系 104
5.3.4電極反應動力學性質與交換電流密度的一般性規律 105
5.4單電子反應的穩態電化學極化特點 106
5.4.1高過電位下的極化特點 106
5.4.2低過電位下的極化特點 107
5.4.3電化學反應動力學參數的測量原理 108
5.5多電子反應動力學 109
5.5.1多電子電化學反應的特征 109
5.5.2多電子反應的Butler-Volmer方程 109
5.5.3多電子反應的極化特點 111
5.6分散層對電化學反應動力學的影響 112
5.6.1分散層結構對電化學反應動力學的影響 112
5.6.2φ1效應下的反應動力學方程 113
5.6.3φ1效應對陰極還原反應的影響 114
思考題 115 第6章 液相傳質動力學
6.1液相傳質方式 117
6.1.1液相傳質的三種方式 117
6.1.2液相傳質的基本方程 119
6.2理想穩態擴散 119
6.2.1理想穩態擴散的實現 119
6.2.2理想穩態擴散的假設條件 120
6.2.3理想穩態擴散的動力學規律 120
6.3濃差極化規律及判別 121
6.3.1濃差極化的基本規律 121
6.3.2判別方法 124
6.4非穩態擴散 125
6.4.1菲克第二定律 125
6.4.2平面電極上的非穩態擴散 126
6.5電化學極化與濃差極化共存時的動力學規律 128
6.5.1實際反應中的極化現象 128
6.5.2混合控制時的動力學規律 128
6.5.3兩類極化規律特征的比較 130
思考題 130 第7章 電化學能量存儲技術
7.1電池的基本性能參數 132
7.1.1開路電壓與工作電壓 132
7.1.2容量與比容量 133
7.1.3庫侖效率和能量效率 134
7.1.4能量密度和功率密度 135
7.1.5倍率與循環壽命 136
7.1.6貯存性能與自放電 136
7.2鋰離子電池 137
7.2.1鋰離子電池概述 137
7.2.2電池結構與反應原理 137
7.2.3負極材料 138
7.2.4正極材料 139
7.2.5鋰離子電池的應用 141
7.3鋰金屬電池 141
7.3.1鋰金屬負極的發展歷史與性能特點 141
7.3.2鋰一次電池 142
7.3.3鋰硫二次電池 143
7.3.4鋰-空氣電池 146
7.3.5金屬鋰負極的挑戰與解決策略 148
7.4鈉離子電池 150
7.4.1鈉離子電池概述 150
7.4.2電池結構與儲鈉反應原理 151
7.4.3正極材料 152
7.4.4負極材料 152
7.4.5電解質 154
7.5鈉金屬電池 155
7.5.1鈉-硫電池 155
7.5.2鈉-氯化鎳電池 157
7.5.3鈉-空氣電池 158
7.6鋅金屬電池 159
7.6.1鋅-錳電池 159
7.6.2鋅-氧化銀電池 163
7.6.3鋅-空氣電池 166
7.6.4可充鋅離子電池 167
7.7液流電池 173
7.7.1液流電池的發展歷史 173
7.7.2液流電池的基本結構及其工作原理 174
7.7.3全釩液流電池 175
7.7.4鋅基液流電池 176
7.8傳統蓄電池 179
7.8.1鉛酸蓄電池 179
7.8.2鎳-鎘電池 179
7.8.3鎳氫電池 180
思考題 180 第8章 電化學能量轉換技術
8.1電催化技術 182
8.1.1電催化反應的基本規律 182
8.1.2電催化劑的電子結構效應、協同效應和表面結構效應 182
8.1.3電催化劑的關鍵性能參數 183
8.1.4氫電催化 186
8.1.5氧電催化 189
8.1.6氨電催化 192
8.1.7碳基電催化 194
8.2光電催化技術 195
8.2.1半導體的基本性質 196
8.2.2半導體與溶液接觸時的界面性質 198
8.2.3光電催化反應過程 201
8.2.4光電催化分解水制氫 206
8.2.5光電催化二氧化碳還原 207
8.3燃料電池 208
8.3.1燃料電池及其特點 208
8.3.2燃料電池發展歷史 208
8.3.3燃料電池的基本結構與工作原理 210
8.3.4燃料電池的效率 211
8.3.5燃料電池的類型 212
思考題 216 第9章 電化學合成與表面精飾技術
9.1電化學合成技術 217
9.1.1無機物電合成 217
9.1.2有機電合成 222
9.2金屬的電沉積 223
9.2.1金屬電沉積的基本歷程與特點 224
9.2.2金屬離子的陰極還原過程 224
9.2.3金屬的電結晶過程 227
9.2.4電鍍過程 229
9.3金屬陽極氧化 231
9.3.1兩種金屬氧化的方法 231
9.3.2金屬陽極氧化的極化曲線 232
9.3.3鋁的陽極氧化過程及成膜機理 234
9.3.4鈦及鈦合金陽極氧化過程及成膜機理 235
9.4電泳涂裝技術 236
9.4.1陽極電泳涂裝 237
9.4.2陰極電泳涂裝 237
思考題 238 附錄 部分溶液中反應的標準電極電位（25℃） 參考文獻
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電化學原理與應用 作者簡介
王建淦，男，博士，西北工業大學材料學院教授。研究方向（1）先進電化學能源材料的設計與制備：納米碳材料，無機 有機及其雜化材料；（2）能量存儲器件：鋰 鈉離子電池、鋰硫電池、鋅離子電池、超級電容器、其它新型儲能器件；（3）高效能量轉換：納米催化（電催化、光電催化）、太陽能電池（4）能量存儲-轉換一體化集成設計學術成果主持國家自然科學基金2項、"香江學者"計劃項目、陜西省創新人才推進計劃項目、陜西省自然科學基金面上項目2項、國家重點實驗室重點項目與探索項目3項、"翱翔新星"計劃1項、中央高校基礎業務科研項目 1項、橫向課題1項；同時參與國家自然科學基金面上 重點項目、陜西省科技創新團隊等多個項目。迄今在Progress in Materials Science, ACS Nano, Nano Energy, Journal of Material ChemistryA, Small, ACS Applied Materials & Interfaces, Carbon，Journal of Power Sources，Electrochimica Acta，Chemical Engineering Journal等多個國際高水平刊物上發表論文77篇，它引次數超過3300，ESI高被引論文11篇，熱點論文一篇，H因子31；受邀撰寫英文專著1章節。
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