材料電化學(xué)

前言

第1章電解質(zhì)

第2章結(jié)構(gòu)與成鍵

第3章電極電位

第4章吸附原子和欠電位沉積

第5章物質(zhì)傳輸

第6章電荷傳遞

第7章金屬的成核與生長(zhǎng)

第8章合金的沉積

第9章氧化物和半導(dǎo)體

第10章腐蝕與防護(hù)

第11章固有導(dǎo)電性高聚物

第12章納米電化學(xué)

本書介紹了應(yīng)用電化學(xué)經(jīng)典理論和分子軌道理論，重點(diǎn)闡述了與材料科學(xué)緊密相關(guān)的電化學(xué)過(guò)程及參數(shù)，包括電解質(zhì)、結(jié)構(gòu)與成鍵、電極電位、雙電層及吸附原子、物質(zhì)傳輸與電荷傳遞，以及晶體成核與生長(zhǎng)過(guò)程等；全書側(cè)重理論與應(yīng)用實(shí)際相結(jié)合，通過(guò)應(yīng)用實(shí)例對(duì)當(dāng)今材料科學(xué)中的重要材料電化學(xué)體系，如金屬和合金電化學(xué)沉積(金屬鍵材料)、氧化物和半導(dǎo)體(無(wú)機(jī)非金屬材料)、腐蝕與防護(hù)(材料表面)、本征導(dǎo)電聚合物(有機(jī)共價(jià)鍵材料)及納米電化學(xué)(復(fù)合材料)等都進(jìn)行了專題細(xì)致論述，同時(shí)結(jié)合應(yīng)用體系介紹了各種現(xiàn)代先進(jìn)的電化學(xué)研究方法。本書內(nèi)容不僅有助于深化對(duì)材料電化學(xué)基本過(guò)程的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)各種先進(jìn)材料設(shè)計(jì)、電化學(xué)可控制備、電化學(xué)表征研究等材料電化學(xué)方面的研究等都具有重要實(shí)際指導(dǎo)意義。

• ISBN：9787122382030

• 版次：1

• 商品編碼：13144804

• 品牌：化學(xué)工業(yè)出版社

• 包裝：平裝

• 開本：16開

• 出版時(shí)間：2021-01-01

• 用紙：膠版紙

• 頁(yè)數(shù)：190

• 正文語(yǔ)種：中文

內(nèi)容簡(jiǎn)介

《材料電化學(xué)基礎(chǔ)》全書共分為8章，第1章緒論簡(jiǎn)要介紹了電化學(xué)科學(xué)的發(fā)展、組成體系和應(yīng)用范圍；第2、3章系統(tǒng)介紹了電化學(xué)的基本原理，包括電極界面雙電層結(jié)構(gòu)及電位，以及電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)；第4、5和6章主要介紹了電化學(xué)原理在化學(xué)電源、電催化和光電化學(xué)中的應(yīng)用；第7章介紹了金屬在不同環(huán)境中的典型腐蝕現(xiàn)象以及電化學(xué)保護(hù)；第8章則介紹了各種電化學(xué)測(cè)試方法，包括極化曲線、電化學(xué)阻抗譜、電化學(xué)噪聲等常規(guī)測(cè)試技術(shù)及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，以及各種微區(qū)測(cè)試技術(shù)等。

《材料電化學(xué)基礎(chǔ)》可作為高等學(xué)校材料科學(xué)與工程、材料腐蝕與防護(hù)專業(yè)、化工專業(yè)、油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)的教材使用，也可供相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

目錄

第1章緒論1

1.1電化學(xué)科學(xué)1

1.2電化學(xué)的應(yīng)用3

1.2.1環(huán)境凈化3

1.2.2氫的有效使用3

1.2.3化學(xué)電源4

1.2.4電催化5

1.2.5太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換5

1.2.6腐蝕與防護(hù)6

1.3電化學(xué)體系7

1.3.1電化學(xué)科學(xué)的研究對(duì)象7

1.3.2法拉第定律9

1.3.3陽(yáng)極和陰極的定義9

第2章電極界面雙電層結(jié)構(gòu)及電位11

2.1相間電位11

2.1.1金屬接觸電位13

2.1.2電極電位13

2.1.3絕對(duì)電位和相對(duì)電位15

2.1.4液體接界電位18

2.2電極電位20

2.2.1自由能的變化20

2.2.2能斯特方程和半電池電位的計(jì)算21

2.2.3平衡電極電位22

2.2.4不可逆電極26

2.2.5可逆電極電位與不可逆電極電位的判別27

2.2.6氧電極和充氣差異電池28

2.2.7影響電極電位的因素29

2.3雙電層形成及結(jié)構(gòu)31

2.3.1研究電極/溶液界面性質(zhì)的意義31

2.3.2理想極化電極31

2.3.3電極/溶液界面的基本結(jié)構(gòu)32

2.3.4斯特恩模型34

2.3.5緊密層的結(jié)構(gòu)38

第3章電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)42

3.1電極過(guò)程與速度控制步驟42

3.2極化及其產(chǎn)生原因43

3.2.1極化43

3.2.2極化產(chǎn)生的原因44

3.3濃差極化動(dòng)力學(xué)方程46

3.3.1濃差極化的規(guī)律47

3.3.2濃差極化的判別方法49

3.4穩(wěn)態(tài)電化學(xué)極化動(dòng)力學(xué)方程50

3.4.1極化較大的電極過(guò)程52

3.4.2極化很小的電極過(guò)程52

第4章化學(xué)電源54

4.1化學(xué)電池的基本性能參數(shù)54

4.2一次電池62

4.2.1錳干電池63

4.2.2堿錳電池64

4.3二次電池66

4.3.1鉛酸蓄電池66

4.3.2堿性蓄電池67

4.3.3鎳-金屬氫化物電池70

4.4超級(jí)電容器72

4.4.1超級(jí)電容器的電荷儲(chǔ)存原理72

4.4.2超級(jí)電容器電極材料73

第5章電催化81

5.1電催化物理化學(xué)基礎(chǔ)82

5.1.1金屬的電子能帶結(jié)構(gòu)82

5.1.2吸附質(zhì)與金屬表面的相互作用85

5.2電催化反應(yīng)的基本規(guī)律88

5.3電催化劑的電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)和表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)90

5.3.1電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)電催化反應(yīng)速度的影響91

5.3.2表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)電催化反應(yīng)速度的影響93

5.4氫電極反應(yīng)及其電催化概述96

5.5鉑基催化劑上的氧還原電催化概述98

第6章光電化學(xué)100

6.1半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)100

6.1.1半導(dǎo)體中的能帶結(jié)構(gòu)及載流子種類100

6.1.2本征半導(dǎo)體、施主、受主，N型和P型半導(dǎo)體101

6.1.3半導(dǎo)體中的態(tài)密度與載流子的分布102

6.2金屬/半導(dǎo)體界面的能帶結(jié)構(gòu)與性質(zhì)104

6.2.1金屬/半導(dǎo)體界面的能帶結(jié)構(gòu)104

6.2.2光照下金屬/半導(dǎo)體界面性質(zhì)105

6.2.3暗態(tài)下金屬/半導(dǎo)體界面性質(zhì)106

6.3半導(dǎo)體/溶液界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)107

6.3.1半導(dǎo)體/溶液界面的結(jié)構(gòu)107

6.3.2空間電荷層的不同表現(xiàn)形式108

6.3.3半導(dǎo)體/溶液界面的電位分布110

6.4半導(dǎo)體/溶液界面上的光電化學(xué)114

6.4.1光照條件下半導(dǎo)體/溶液界面的能帶結(jié)構(gòu)114

6.4.2光電壓和光電流115

6.5光電化學(xué)伏打電池115

6.6光電化學(xué)水解制氫116

6.7光電化學(xué)陰極保護(hù)118

第7章材料的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)122

7.1電化學(xué)保護(hù)技術(shù)122

7.1.1陰極保護(hù)原理122

7.1.2陰極保護(hù)主要參數(shù)123

7.1.3陰極保護(hù)的實(shí)施124

7.2采油及集輸系統(tǒng)的典型腐蝕127

7.2.1腐蝕環(huán)境127

7.2.2硫化氫腐蝕128

7.2.3二氧化碳腐蝕133

7.2.4硫化氫/二氧化碳混合體系的腐蝕137

7.2.5超臨界CO2腐蝕139

7.3灘海及海洋油氣田中鋼鐵設(shè)備的典型腐蝕141

7.3.1腐蝕環(huán)境141

7.3.2灘涂區(qū)腐蝕141

7.3.3海洋大氣區(qū)腐蝕141

7.3.4浪花飛濺區(qū)腐蝕142

7.3.5海水潮汐區(qū)腐蝕142

7.3.6海水全浸區(qū)腐蝕143

7.3.7海底泥土區(qū)腐蝕143

7.3.8海水腐蝕144

7.4煉油設(shè)備的典型腐蝕144

7.4.1原油中的腐蝕介質(zhì)145

7.4.2硫酸露點(diǎn)腐蝕146

第8章電化學(xué)測(cè)試方法148

8.1穩(wěn)態(tài)極化曲線的測(cè)定148

8.1.1穩(wěn)態(tài)法的特點(diǎn)148

8.1.2穩(wěn)態(tài)極化測(cè)量的分類149

8.1.3測(cè)試系統(tǒng)149

8.1.4穩(wěn)態(tài)極化測(cè)量在腐蝕電化學(xué)研究中的應(yīng)用151

8.2暫態(tài)測(cè)量技術(shù)152

8.2.1暫態(tài)法的特點(diǎn)152

8.2.2暫態(tài)測(cè)量技術(shù)的分類152

8.3交流阻抗測(cè)試技術(shù)157

8.3.1阻抗與導(dǎo)納157

8.3.2電化學(xué)阻抗譜的電學(xué)元件及等效電路158

8.3.3等效電路的優(yōu)缺點(diǎn)161

8.3.4電化學(xué)阻抗譜的測(cè)量及數(shù)據(jù)處理162

8.3.5電化學(xué)阻抗譜在腐蝕科學(xué)中的應(yīng)用163

8.4電化學(xué)噪聲分析技術(shù)178

8.4.1電化學(xué)噪聲的特點(diǎn)178

8.4.2電化學(xué)噪聲測(cè)試原理179

8.4.3電化學(xué)噪聲測(cè)試技術(shù)183

8.4.4電化學(xué)噪聲測(cè)試應(yīng)用184

8.5微區(qū)電化學(xué)測(cè)試技術(shù)184

8.5.1掃描振動(dòng)電極技術(shù)185

8.5.2掃描開爾文探針測(cè)量技術(shù)186

8.5.3微區(qū)電化學(xué)阻抗技術(shù)187

8.5.4掃描電化學(xué)顯微鏡技術(shù)188

參考文獻(xiàn)190

貯氫材料本身具有一定的電化學(xué)催化功能，同時(shí)，所釋放出的氫也極易轉(zhuǎn)化成電能，因此可利用此功能開發(fā)二次電池。

根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，依靠外部電流的流入改變金屬的電位，從而降低金屬腐蝕速度的一種材料保護(hù)技

術(shù)。按照金屬電位變動(dòng)的趨向，電化學(xué)保護(hù)分為陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)兩類。①陰極保護(hù)。通過(guò)降低金屬電位而達(dá)到保護(hù)目的的，稱為陰極保護(hù)。根據(jù)保護(hù)電流的來(lái)源，陰極保護(hù)有外加電流法和犧牲陽(yáng)極法。外加電流法是由外部直流電源提供保護(hù)電流，電源的負(fù)極連接保護(hù)對(duì)象，正極連接輔助陽(yáng)極，通過(guò)電解質(zhì)環(huán)境構(gòu)成電流回路。犧牲陽(yáng)極法是依靠電位負(fù)于保護(hù)對(duì)象的金屬（犧牲陽(yáng)極）自身消耗來(lái)提供保護(hù)電流，保護(hù)對(duì)象直接與犧牲陽(yáng)極連接，在電解質(zhì)環(huán)境中構(gòu)成保護(hù)電流回路。陰極保護(hù)主要用于防止土壤、海水等中性介質(zhì)中的金屬腐蝕。②陽(yáng)極保護(hù)。通過(guò)提高可鈍化金屬的電位使其進(jìn)入鈍態(tài)而達(dá)到保護(hù)目的的，稱為陽(yáng)極保護(hù)。陽(yáng)極保護(hù)是利用陽(yáng)極極化電流使金屬處于穩(wěn)定的鈍態(tài)，其保護(hù)系統(tǒng)類似于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)，只是極化電流的方向相反。只有具有活化 - 鈍化轉(zhuǎn)變的腐蝕體系才能采用陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)，例如濃硫酸貯罐、氨水貯槽等。