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内容大纲
本书重点讲解了多种类型的伏安法,如循环伏安法、微电极上的伏安法、流体动力学电极等,包括实验设计、思路说明及数据解读。读者若从未接触过电化学或伏安法,需要具备与硕士研究生水平相当的物理化学知识,以理解本书前三章的基础性内容(分别为平衡电化学与Nernst方程、电极动力学和扩散)。本书的内容较为完备,同时给出了文中提到的重要研究论文的参考文献,以便读者由此跟进相关领域的发展。
本书为至今最新的电化学教材,包含了对电子转移理论、实验要求、扫描电化学显微技术、吸附现象、电分析和纳米电化学相关的最新研究成果的介绍与探讨。本书凝聚了作者近四十年的科研和教学成果,适合化学及相关学科的科研工作者、高校教师和研究生参考阅读。 -
作者介绍
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目录
译者的话
前言
关于作者
1 平衡电化学和Nernst方程
1.1 化学平衡
1.2 电化学平衡:简介
1.3 电化学平衡:溶液-电极界面的电子转移
1.4 电化学平衡:Nernst方程
1.5 Walther Hermann Nernst
1.6 参比电极和电极电势的测量
1.7 氢电极作为参比电极
1.8 标准电极电势与形式电势
1.9 形式电势与实验伏安法
1.10 电极过程:动力学vs.热力学
参考文献
2 电极动力学
2.1 电流和反应通量
2.2 研究电极动力学需要三个电极
2.3 Butler-Volmer动力学
2.4 标准电化学速率常数和形式电势
2.5 需要支持电解质的原因
2.6 Tafel定律
2.7 Julius Tafel
2.8 多步电子转移过程
2.9 Tafel分析与析氢反应
2.10 为什么一些标准电化学速率常数很大而另一些很小?电子转移的Marcus理论简介
2.11 进一步探讨Marcus理论:内球和外球电子转移
2.12 进一步探讨Marcus理论:绝热反应和非绝热反应
2.13 进一步探讨Marcus理论:计算活化Gibbs能
2.14 Marcus理论与Butler-Volmer动力学的关系
2.15 Marcus理论与实验——成功吻合
2.16 Marcus理论的延伸:电子的Fermi-Dirac分布。对称与非对称Marcus-Hush理论
参考文献
3 扩散
3.1 Fick第一扩散定律
3.2 Fick第二扩散定律
3.3 Fick定律的分子基础
3.4 Fick是如何发现扩散定律的?
3.5 Cottrell方程:解Fick第二定律
3.6 Cottrell难题:扩散系数不等的情况
3.7 Nernst扩散层
3.8 传质vs.电极动力学:稳态的电流-电势波形
3.9 传质校正后的Tafel关系
参考文献
4 宏电极上的循环伏安法
4.1 循环伏安法:实验部分
4.2 循环伏安法:解传输方程
4.3 循环伏安法:可逆与不可逆动力学
4.4 什么决定了“可逆”和“不可逆”行为?
4.5 可逆和不可逆行为:电势扫描速率的影响
4.6 可逆vs.不可逆伏安法:小结
4.7 循环伏安图的测量:五个实际问题
4.8 扩散系数不相等(DADB)的影响
4.9 多电子转移:可逆电极动力学
4.10 多电子转移:不可逆电极动力学
4.11 pH对循环伏安法的影响
4.12 方框图
4.13 电极动力学中可同时发生两电子转移?
参考文献
5 微电极上的循环伏安法
5.1 基于球形或半球形电极的Cottrell方程
5.2 微盘电极上电势阶跃的瞬态响应
5.3 微电极具有很大的电流密度和快速的响应时间
5.4 微盘电极的电势阶跃计时电流法的应用
5.5 微盘电极上的双电势阶跃计时电流法探究电生成物质的扩散系数
5.6 使用微电极的循环和线性扫描伏安法
5.7 微盘电极上的稳态伏安测量
5.8 微电极vs.宏电极
5.9 超快循环伏安法:扫描速率为兆伏特每秒
5.10 超小电极:在纳米尺度上进行研究
参考文献
6 异质表面的伏安法
6.1 部分阻塞电极
6.2 微电极阵列
6.3 高度有序热解石墨电极的伏安法
6.4 电化学异质电极
6.5 多孔膜覆盖的电极
6.6 伏安粒度分析
6.7 扫描电化学显微镜
参考文献
7 循环伏安法:耦合均相动力学和吸附现象
7.1 均相耦合反应:科学表述与示例
7.2 修正Fick第二定律以描述化学反应
7.3 EC反应的循环伏安特征
7.4 参数K1和Λ是如何推导出来的?
7.5 EC2反应的循环伏安特征
7.6 EC与EC2过程的实例
7.7 ECE过程
7.8 ECE vs.DISP
7.9 CE机理
7.10 EC′(催化)机理
7.11 吸附现象
7.12 液滴和固体颗粒的伏安法研究
参考文献
8 流体动力学电极
8.1 对流
8.2 修改Fick定律以用于描述对流
8.3 旋转圆盘电极:简介
8.4 旋转圆盘电极理论
8.5 Osborne Reynolds(1842—1912)
8.6 旋转圆盘电极理论的延伸
8.7 旋转圆盘电极上的计时电流法:展示模拟研究重要性的一个例证
8.8 旋转圆盘和耦合均相动力学
8.9 通道电极:简介
8.10 通道电极:Levich方程的推导
8.11 通道流通池和耦合均相动力学
8.12 通道电极上的计时电流法
8.13 通道电极不是“均一可及的”
8.14 通道微电极
8.15 用于机理电化学的通道微带电极阵列
8.16 高速通道电极
8.17 基于碰撞喷射的流体动力学电极
8.18 超声伏安法
参考文献
9 用于电分析的伏安法
9.1 电势阶跃伏安技术
9.2 微分脉冲伏安法
9.3 方波伏安法
9.4 溶出伏安法
9.5 超声电分析
参考文献
10 弱支持介质中的伏安法:电迁移和其他效应
10.1 充分支持伏安法中的电势和电场
10.2 带电电极周围的离子分布
10.3 电极-溶液界面:Gouy-Chapman理论之上的发展
10.4 双电层对电极动力学的影响:Frumkin效应
10.5 A.N.Frumkin
10.6 通过扩散和电迁移的传输
10.7 离子迁移率的测量
10.8 液接电势
10.9 弱支持介质中的计时电流法和循环伏安法
参考文献
11 纳米尺度下的伏安法
11.1 向支撑在电极上的粒子传质
11.2 纳米粒子伏安法:电极尺寸缩小改变传质
11.3 纳米尺度上化学行为的变化
11.4 溶液中纳米粒子的电化学研究:“纳米碰撞”
参考文献
附录
电极过程的模拟
A.1 Fick第一和第二定律
A.2 边界条件
A.3 有限差分方程
A.4 后向隐式法
A.5 小结
参考文献
索引
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