材料电化学基础

第1章  绪论
1.1　电化学的发展历程与未来趋势　001
1.1.1　电化学的发展历程　001
1.1.2　电化学发展的必要性和迫切性　003
1.2　电化学基本概念　004
1.2.1　离子、电解质与电荷的量子化　004
1.2.2　电解池与原电池　005
1.2.3　法拉第定律　006
1.2.4　量度单位制　007
1.3　电解液的基本概念　008
1.3.1　电解液概述　008
1.3.2　电解液电导率及其测量　008
1.3.3　离子迁移率与离子电导率　011
1.3.4　活度基本概念　012
例题　014
思考题　014
习题　015
第2章　相边界的双电层结构
2.1　电极/溶液界面的基本结构与性质　016
2.1.1　离子的溶剂化　016
2.1.2　电极/溶液界面的基本结构　018
2.1.3　斯特恩模型　020
2.1.4　紧密层的结构　023
2.1.5　零电荷电势　026
2.2　电毛细现象　027
2.2.1　电毛细曲线及其测定　027
2.2.2　电毛细曲线的微分方程　028
2.2.3　不可极化界面的电毛细方程　029
2.2.4　微分电容的测量　030
2.3　电极/溶液界面的吸附现象　032
2.3.1　吸附等温线的形式　032
2.3.2　粒子在电极表面的吸附　034
2.3.3　研究电极表面吸附层的电化学方法　036
例题　037
思考题　039
习题　039
第3章  电极过程热力学概述
3.1　相间电势　041
3.1.1　内电势与外电势　042
3.1.2　金属接触电势　042
3.1.3　电极电势　043
3.1.4　电势与相对电势　045
3.1.5　标准氢电极和标准电极电势　045
3.1.6　液体接界电势　047
3.2　吉布斯自由能与能斯特方程　049
3.2.1　电池电动势与Gibbs 自由能　049
3.2.2　电池反应的摩尔熵变　050
3.2.3　电池反应的摩尔焓变　050
3.2.4　电池可逆放电时的反应热　050
3.2.5　电池电动势与化学平衡常数的关系　050
3.2.6　能斯特方程　051
3.3　可逆电池与可逆电极　053
3.3.1　可逆电池　053
3.3.2　电池符号的表达方式　053
3.3.3　可逆电极的类型　054
3.3.4　可逆电池的类型　055
3.4　不可逆电极　058
3.4.1　不可逆电极的特征　058
3.4.2　不可逆电极的类型　060
3.4.3　可逆/不可逆电势的判定　060
3.5　φ-pH 图及其应用　061
3.5.1　φ-pH 图的绘制方法及分类　062
3.5.2　水的φ-pH 图　063
3.5.3　Fe-H2 O 体系的φ-pH 图及应用　064
3.5.4　φ-pH 图的局限性　066
例题　066
思考题　067
习题　068
第4章  电极过程动力学概述
4.1　电极的极化　069
4.1.1　电极极化现象　069
4.1.2　极化产生的原因　070
4.1.3　极化曲线　070
4.2　电化学体系极化　074
4.2.1　原电池的极化　074
4.2.2　电解池的极化　075
4.3　电极过程特征　076
4.3.1　电极过程的基本历程　077
4.3.2　电极过程的速度控制步骤　078
例题　079
思考题　079
习题　080
第5章  液相传质动力学
5.1　液相传质方式　081
5.1.1　电迁移　081
5.1.2　对流　082
5.1.3　扩散　082
5.1.4　三种传质方式的关系　083
5.2　稳态扩散过程　084
5.2.1　不同条件下的稳态扩散　084
5.2.2　旋转圆盘电极　088
5.2.3　电迁移对稳态扩散的影响　089
5.3　浓差极化方程　090
5.3.1　浓差极化规律　090
5.3.2　浓差极化的判别方法　094
5.4　非稳态扩散过程　095
5.4.1　菲克第二定律　095
5.4.2　非稳态过程的浓度变化　095
5.5　滴汞电极简介　103
5.5.1　滴汞电极基本性质　104
5.5.2　极谱电流　104
5.5.3　极谱波　105
例题　107
思考题　109
习题　109
第6章  电子转移步骤动力学
6.1　电极电势与电子转移动力学的关系　111
6.1.1　电极电势对电荷转移步骤活化能的影响　111
6.1.2　电极电势对电子转移反应速率的影响　114
6.2　电荷转移过程的基本动力学参数　115
6.2.1　传递系数　115
6.2.2　交换电流密度j0 　115
6.2.3　电极反应速率常数K 　117
6.3　稳态下的电化学极化规律　118
6.3.1　电化学极化的主要特征　119
6.3.2　巴特勒-伏尔摩方程式　119
6.4　多电子反应的电极动力学　123
6.4.1　电子分步转移的电化学反应　123
6.4.2　多电子转移的动力学规律　125
6.4.3　双电层结构对电化学反应动力学规律的影响　126
6.4.4　浓度极化对电化学反应动力学规律的影响（不考虑ψ1 效应）　127
6.4.5　影响电极反应速率的因素　129
例题　129
思考题　130
习题　130
第7章  氢、氧电极化过程
7.1　氢电极过程　131
7.1.1　氢电极　131
7.1.2　氢的阴极还原过程　131
7.1.3　析氢过电势及其影响因素　133
7.1.4　氢阴极还原过程的机理　136
7.1.5　氢的阳极氧化　139
7.2　氧电极过程　140
7.2.1　氧的阴极还原　140
7.2.2　氧的阳极氧化　141
7.3　探究气体电极过程的意义　142
例题　143
思考题　143
习题　144
第8章  金属的电化学腐蚀过程
8.1　阳极反应过程的特点　145
8.2　金属的钝化　147
8.2.1　钝化出现的原因　147
8.2.2　钝化的影响因素　148
8.2.3　金属钝化理论　150
8.3　金属的腐蚀　153
8.3.1　电化学腐蚀机理　153
8.3.2　金属的腐蚀过程　157
8.3.3　金属腐蚀的防护　160
例题　162
思考题　162
习题　163
第9章  金属的电沉积过程
9.1　金属的电沉积　164
9.1.1　电沉积的基本过程及实质　164
9.1.2　电沉积的影响因素　165
9.2　金属的阴极还原　174
9.2.1　金属离子在溶液中的阴极还原　174
9.2.2　简单金属离子的阴极还原　177
9.2.3　金属络离子的阴极还原　178
9.3　电沉积与电镀　179
9.3.1　电沉积　179
9.3.2　电镀　180
例题　181
思考题　181
习题　182
第10章  传统电池
10.1　电池的基本性能参数　184
10.1.1　电池的结构与反应　184
10.1.2　电池电动势　184
10.1.3　电极极化现象　186
10.1.4　电池容量　188
10.1.5　电池的效率　189
10.1.6　自放电现象　189
10.2　传统一次电池　191
10.2.1　锌锰干电池　191
10.2.2　碱锰干电池　193
10.3　传统二次电池　195
10.3.1　铅酸蓄电池　195
10.3.2　镍基电池　197
10.3.3　锂离子电池　198
10.4　燃料电池　200
10.4.1　燃料电池基础　200
10.4.2　燃料电池的效率　202
例题　203
思考题　203
习题　204
第11章  新型能量转化及储能器件
11.1　超级电容器　205
11.1.1　超级电容器概述　206
11.1.2　超级电容器的分类　209
11.1.3　超级电容器关键材料及实例分析　213
11.2　锂硫电池　216
11.2.1　锂硫电池概述　217
11.2.2　锂硫电池关键材料及实例分析　220
11.3　钠离子电池　226
11.3.1　钠离子电池发展历程与基本概念　226
11.3.2　钠离子电池关键材料　227
11.3.3　实例分析　230
11.4　固态电池　233
11.4.1　固态电解质概述　233
11.4.2　固态电解质在电池中的实际应用　237
例题　243
思考题　243
习题　244
第12章  电化学测试方法
12.1　电化学信号的测量　245
12.1.1　电极电势的测量　245
12.1.2　极化电流的测量　246
12.1.3　工作电极　247
12.1.4　参比电极　249
12.1.5　辅助电极及盐桥　252
12.1.6　电解池　254
12.2　电极动力学过程参数的研究方法　255
12.2.1　稳态和暂态　255
12.2.2　暂态测量技术　256
12.2.3　控制电流的暂态测量技术　257
12.2.4　控制电势的暂态测量技术　259
12.3　线性电势扫描与循环伏安技术　262
12.3.1　线性电势扫描技术　262
12.3.2　循环伏安技术　265
12.4　电化学阻抗谱　268
12.4.1　交流电路的基本性质　268
12.4.2　法拉第阻抗及应用　270
12.4.3　交流电化学阻抗谱　271
例题　273
思考题　273
习题　273
附录
附录一　常见的标准电极电势　274
附录二　常见的溶度积（298.15K）　275
附录三　常见的直接电荷转移气体反应类型　276
附录四　常见的物理常量　276
参考文献