合成电化学催化剂总结.docx

合成电化学催化剂总结 　　第一章　　1、工作电极基本要求：电极本身发生反应不会影响所研究的化学反应且能在较宽的电位内进行测定；电极不与溶液的任何组分反应；电极面积不宜太大，表面均匀光滑且易于进行表面净化。　　2、辅助电极基本要求：与工作电极相比辅助电极应有大的表面积使得极化作用于工作电极；辅助电极的电阻要小，且不容易极化．对形状和位置也有要求．　　3、参比电极的性能：为可逆电极，电极电势符合Nernst方程，参比电极反应有较大的交换电流密度，流过微小电流时电极电势能迅速复原，具有良好的电势稳定性、重现性等。　　4、双电层理论的BDM模型　　内层：最靠近电极的一层，由溶剂分子+特性吸附物质组成。　　第一层：水分子层:φM　　第二层：水化离子剩余电荷层；　　IHP:特性吸附离子的电中心位置；　　OHP:最接近电极的溶剂化离子的中心位置；　　分散层：OHP层与溶液本体之间。　　5、电极反应种类　　⑴简单电子迁移反应：电极/溶液界面的溶液一侧的氧化、还原物种借助于电极得到或失去电子，生成还原或氧化态的物种而溶解于溶液中，电极在经历氧化-还原后其物理化学性质、表面状态等不发生改变。　　如Pt电极上：Fe3++e→Fe2+　　⑵金属沉积反应：溶液中的金属离子从电极上得到电子还原为金属，附着于电极表面，电极表面状态与沉积前相比发生了变化。　　如Cu电极上Cu2+的还原。　　⑶表面膜的转移反应：覆盖于电极表面的物种经过氧化—还原形成另一种附着于电极表面的物种。比如：铅酸电池中正极的放电反应，PbO2还原为PbSO4。　　PbO2(s)+4H++SO42-+2e→PbSO4(s)+2H2O　　⑷伴随着化学反应的电子迁移反应：存在于溶液中的氧化或还原物种借助于电极实施电子传递反应之前或之后发生的化学反应。　　⑸多孔气体扩散电极中的气体还原或氧化反应：气相中的气体溶解于溶液后，在扩散到电极表面，借助于气体扩散电极得到或失去电子，提高了电极过程的电流效率。　　⑹气体析出反应：某些存在于溶液中的非金属离子借助于电极发生还原、氧化反应产生气体而析出。反应过程中，电解液中非金属离子的浓度不断减小。　　⑺腐蚀反应：金属的溶解反应，金属或非金属在一定的介质中发生溶解，电极的重量不断减轻。　　6、伴随着化学反应的电子迁移反应的机理　　CE机理：发生电子迁移之前发生化学反应通式：X←→Ox+ne←→Red　　EC机理：发生电子迁移之后发生化学反应通式：Ox+ne←→Red←→X　　催化机理：EC机理中的一种，在电极和溶液之间的电子传递反应，通过电极表面物种氧化-还原的媒介作用，使反应在比裸电极低的超电势下发生，属于“外壳层”催化。通式：Ox+ne←→RedE步骤Red+X←→Ox+YC步骤　　ECE机理：氧化还原物种先在电极上发生电子迁移反应，接着又发生化学反应，在此　　两反应后又发生电子迁移反应，生成产物。　　7.物质传递的形式有三种：扩散、电迁移、对流　　扩散：指在浓度梯度的作用下　　电迁移：指在电场的作用下　　对流：指流体借助本身的流动携带物质转移的传质方式　　第二章　　1、电催化：在电场的作用下，存在于电极表面或溶液相中的修饰物能促进或抑制在电极上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液相中的修饰物本身不发生变化的化学作用。　　2、电催化的本质：通过改变电极表面修饰物或溶液中的修饰物来大范围地改变反应的电势或反应速率，使电极具有电子传递功能外，还能对电化学反应进行某种促进和选择。　　3、电催化的类型　　氧化—还原电催化非氧化—还原电催化　　4、氧化—还原电催化：在催化过程中，固定在电极表面或存在于电解液中的催化剂本身发生了氧化—还原反应，成为底物的电荷传递的媒介体，促进底物的电子传递。　　5、非氧化—还原催化：固定在电极表面的催化剂本身在催化过程中并不发生氧化—还原反应，当发生的总电化学反应中包括旧键的断裂和新键的形成时，发生在电子转移步骤的前后或其中，而产生了某种化学加成物或某些其他的电活性中间体。　　6、影响电催化性能的因素　　电催化剂必须具备的性能：　　⑴催化剂有一定的电子导电性：至少与导电材料充分混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太大。　　⑵高的催化活性：实现催化反应，抑制有害的副反应，能耐受杂质及中间产物的作用而不致较快地中毒失活。　　⑶催化剂的电化学稳定性：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“过早地”失去催化活性。　　影响电催化因素：　　1.催化剂的结构与组成2.催化剂的氧化-还原电势3.催化剂的载体对电催化活性也有很大影响　　第三章　　1、化学电源又称为电池，是将氧化-还原反应的化学能直接转变