《电化学进展综述ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电化学进展综述ppt课件（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电化学的一些研究进展1 一、绪论一、绪论 二、现代电化学与材料科学二、现代电化学与材料科学 三、燃料电池三、燃料电池 四、化学修饰电极四、化学修饰电极 2 1 . 电化学的起源电化学的起源 2 . 电化学的定义电化学的定义 3 . 电化学的应用电化学的应用31. 电化学的起源电化学的起源电池的出现其实也就是电化学的起源。电池的出现其实也就是电化学的起源。电化学的起源是比较古老的，电化学的起源是比较古老的，19321932年在年在巴格达东方的巴格达东方的KhufutKhufut RabuahRabuah 遗迹中发遗迹中发现了现了公元前公元前250-226250-226年被称为年被称为巴格达电池巴
2、格达电池的发掘物。的发掘物。它它可以说是一个最早的电池可以说是一个最早的电池了了。铜铜制制的的圆圆筒筒陶瓷壶陶瓷壶4 在中东巴格达的一个建筑工地上，发掘出一个特大的石棺。里面尽是些铜管、铁棒和陶瓶之类的东西。 科学家卡维尼格仔细研究这些管子，发现一根直径26厘米的铜管内有一根由沥青包裹的铁棒，下端3厘米高的沥青层将铜、铁完全隔开来。于是他把这根管子放入出土的陶瓶里，再向瓶里倒进了酸性葡萄酒，奇迹出现了，这个装置竟发出电来，且发电持续了18天之久。据他分析这种电池的化学原理与伏打电池如出一辙，是古代人用电解法为雕像或装饰品镀金而特制的。难道古代人竟在伏打出生前一二千年就已经制造出了“伏打电池”？
3、这真是一个千古之谜啊！ 5到了到了1780年，意大利的解剖学家年，意大利的解剖学家Luigi Galvani 在解剖在解剖青蛙时发现不同金属的两端接触青蛙时有电流通过青蛙时发现不同金属的两端接触青蛙时有电流通过，这种电流称为动物电。这个现象被同国的物理学家这种电流称为动物电。这个现象被同国的物理学家Alessandro Count Volta 进行了补充实验，并研制成功进行了补充实验，并研制成功了了“伏打电堆伏打电堆”6电化学最古老的一个电化学最古老的一个定定义为义为所所谓谓电电化化学学即即是是化化学学的的一一部部分分，是是研研究究物物质质或或化化学学反反应应与与电电的的关关系系的的科科学学2
4、 2、电化学的定义、电化学的定义、电化学的定义、电化学的定义7电化学就是研电化学就是研电化学就是研电化学就是研究带电界面上究带电界面上究带电界面上究带电界面上所发生现象的所发生现象的所发生现象的所发生现象的科学科学科学科学近代的近代的 John OM . John OM . BockrisBockris对电化学作的定义为对电化学作的定义为8电化学的应用电化学的应用电化学的应用主要表现在如下几个方面：电化学的应用主要表现在如下几个方面：1 1 . . 电化学工业电化学工业2 2 . . 化学电源化学电源3 3 . . 金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护4 4 . . 在医学方面的应用在医学方面的应
5、用 总结总结9电化学工业电化学工业电化学工业在工业生产中电化学工业在工业生产中占有非常重要的地位占有非常重要的地位。如电解食盐水制取如电解食盐水制取ClCl2 2、H H2 2和和NaOHNaOH等基本化工等基本化工原料的原料的氯碱工业氯碱工业、利用电解法制取金属的、利用电解法制取金属的电冶电冶金工业金工业、用电解法合成某些有机物的、用电解法合成某些有机物的电合成工电合成工业业和和电解加工工业电解加工工业等等。电镀工业电镀工业10电镀产品在我们日常生活中应用是非常广泛的，电镀产品在我们日常生活中应用是非常广泛的，如下列一些产品如下列一些产品电镀器件电镀器件电镀的电镀的24K金戒指金戒指11熠熠
6、生辉的工艺品电镀在工艺品方面的应用12现现在在一一直直在在使使用用的的也也是是最最古古老老的的铅铅酸酸蓄蓄电电池池使使用用方方便便的的锌锌锰锰干干电电池池13金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护很多地方都存在金属的腐蚀，例如锅炉壁和锅炉管很多地方都存在金属的腐蚀，例如锅炉壁和锅炉管很多地方都存在金属的腐蚀，例如锅炉壁和锅炉管很多地方都存在金属的腐蚀，例如锅炉壁和锅炉管道受锅炉用水的腐蚀；船体和码头台架遭受海水腐道受锅炉用水的腐蚀；船体和码头台架遭受海水腐道受锅炉用水的腐蚀；船体和码头台架遭受海水腐道受锅炉用水的腐蚀；船体和码头台架遭受海水腐蚀；各种金属制品乃至桥梁蚀；各种金属制品乃至桥梁蚀；各种金
7、属制品乃至桥梁蚀；各种金属制品乃至桥梁钢钢钢钢架在潮湿空气中的腐架在潮湿空气中的腐架在潮湿空气中的腐架在潮湿空气中的腐蚀；石油钻井机钻头工作时受油气泥浆等的腐蚀以蚀；石油钻井机钻头工作时受油气泥浆等的腐蚀以蚀；石油钻井机钻头工作时受油气泥浆等的腐蚀以蚀；石油钻井机钻头工作时受油气泥浆等的腐蚀以及地下管道在土壤中的腐蚀等等及地下管道在土壤中的腐蚀等等及地下管道在土壤中的腐蚀等等及地下管道在土壤中的腐蚀等等。金属腐蚀所造成金属腐蚀所造成金属腐蚀所造成金属腐蚀所造成的经济损失竟会占到当年国民生产总值的的经济损失竟会占到当年国民生产总值的的经济损失竟会占到当年国民生产总值的的经济损失竟会占到当年国民生
8、产总值的 4%! 4%!这可这可这可这可是个惊人的数字是个惊人的数字是个惊人的数字是个惊人的数字。美国美国美国美国19751975年用于防腐的费用竟达年用于防腐的费用竟达年用于防腐的费用竟达年用于防腐的费用竟达到到到到700700亿美元。亿美元。亿美元。亿美元。所以所以所以所以研究金属的腐蚀与防护意义重大。研究金属的腐蚀与防护意义重大。研究金属的腐蚀与防护意义重大。研究金属的腐蚀与防护意义重大。14一些新型的电池一些新型的电池锂离子手机电池锂离子手机电池超薄型的镍氢电池超薄型的镍氢电池15电化学不仅在工业方面具有应用广泛，而电化学不仅在工业方面具有应用广泛，而且在医学方面也有广阔的应用天地，如
9、用且在医学方面也有广阔的应用天地，如用电化学来治疗电化学来治疗肿瘤肿瘤、前列腺炎前列腺炎等。我们相等。我们相信随着电化学和医学的不断发展，它们之信随着电化学和医学的不断发展，它们之间的联系也会越来越密切的间的联系也会越来越密切的16总结总结由于电化学与化工、冶金、材料、由于电化学与化工、冶金、材料、无线电、机械、分析、腐蚀与防护、无线电、机械、分析、腐蚀与防护、地质、能源等科学技术部门有着密地质、能源等科学技术部门有着密切关系，所以电化学在理论上和实切关系，所以电化学在理论上和实际应用上都有着很强的生命力，是际应用上都有着很强的生命力，是近代高速发展的学科之一近代高速发展的学科之一。17二、现
10、代电化学与材料科学二、现代电化学与材料科学 现代社会赖以生存和发展的基本条件之一，就是新现代社会赖以生存和发展的基本条件之一，就是新材料的开发和利用，材料科学的发展与突破将对世界经材料的开发和利用，材料科学的发展与突破将对世界经济和社会结构产生重大的影响。现代电化学与材料科学济和社会结构产生重大的影响。现代电化学与材料科学的关系空前密切，它们相互交叉、渗透，相互促进、发的关系空前密切，它们相互交叉、渗透，相互促进、发展，形成了许多前沿性和交叉性的研究热点。展，形成了许多前沿性和交叉性的研究热点。1 .1 .现代电化学技术已成为材料科学研究不可缺少现代电化学技术已成为材料科学研究不可缺少的重要方
11、法的重要方法2 .2 .新材料的开发推动了电化学技术的发展新材料的开发推动了电化学技术的发展小结小结18 目前，世界各国对各种功能材料的研究和开发异常活跃，功能材料在现代高新技术中具有广泛的应用前景。如高反射、高吸收、高择优取向、多晶、微晶、无定形、高催化性能、纳米材料、生物活性材料、导电聚合物、聚合物金属化、半导体、铁电材料、高密度磁记录材料等。在这些材料的制备过程中，大量使用了电沉积技术和阳极溶解技术。主要是通过共沉淀或诱导沉积的方法，获得复合型功能材料，并利用电化学技术对现代功能新材料进行表面超微加工，改性和修饰。1、电化学技术是材料科学研、电化学技术是材料科学研 究不可缺少的重要方法究
12、不可缺少的重要方法192、新材料的开发推动了、新材料的开发推动了 电化学技术的发展电化学技术的发展主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：a .a .电化学能源电化学能源电化学能源电化学能源b .b .金属钝性材料金属钝性材料金属钝性材料金属钝性材料c .c .电解电解电解电解d .d .化学和生物传感器化学和生物传感器化学和生物传感器化学和生物传感器e .e .生物电化学、有机电化学及导电聚合物生物电化学、有机电化学及导电聚合物生物电化学、有机电化学及导电聚合物生物电化学、有机电化学及导电聚合物20a、电化学能源改性的金属材料、复合无机
13、材料及各种聚合物材料等的研究和开发，形成了各种高性能的新型能源材料，包括正极、负极、隔膜及电解质，推出了大量新型电池。这些新型电池又促进了当今携带电器的迅猛发展，并能消减汽车尾气对城市环境的威胁。可充式镍氢手机电池可充式镍氢手机电池一次性锂电池21b、金属钝性材料金属钝性材料由于大量新材料，特别是复合材料新体系的不断由于大量新材料，特别是复合材料新体系的不断涌现，采用各种现代表面研究方法特别是一些新涌现，采用各种现代表面研究方法特别是一些新的或专用技术研究相关界面的稳定性、表面钝性的或专用技术研究相关界面的稳定性、表面钝性及破坏行为的研究层出不穷，诸如微电化学技术及破坏行为的研究层出不穷，诸如
14、微电化学技术以及其它各种微探针技术等，从而获得不少有关以及其它各种微探针技术等，从而获得不少有关钝性及其破坏过程的信息，有助于深化对钝性的钝性及其破坏过程的信息，有助于深化对钝性的认识。认识。22c、电解电解由于推出新的电极材料：由于推出新的电极材料：由于推出新的电极材料：由于推出新的电极材料：Ni-Mo , Ni/Ni-Mo , Ni/Ni-Mo , Ni/Ni-Mo , Ni/NiONiONiONiO , , , , NiNiNiNi59595959NbNbNbNb40404040PtPtPtPt1-x1-x1-x1-xSnSnSnSnx x x x , Ti/IrO , Ti/IrO ,
15、 Ti/IrO , Ti/IrO2 2 2 2/SnO/SnO/SnO/SnO2 2 2 2 , Ni-Fe , , Ni-Fe , , Ni-Fe , , Ni-Fe , SnO SnO SnO SnO2 2 2 2/Ti /Ti /Ti /Ti 以及聚合物修饰电极，使氯碱工以及聚合物修饰电极，使氯碱工以及聚合物修饰电极，使氯碱工以及聚合物修饰电极，使氯碱工业取得新突破。在工业废水处理方面，对业取得新突破。在工业废水处理方面，对业取得新突破。在工业废水处理方面，对业取得新突破。在工业废水处理方面，对无机重金属离子和有机物的电解取得新的无机重金属离子和有机物的电解取得新的无机重金属离子和有机物
16、的电解取得新的无机重金属离子和有机物的电解取得新的进展。进展。进展。进展。23d、化学和生物传感器化学和生物传感器化学和生物传感器在现代电分析方法中化学和生物传感器在现代电分析方法中是最热门的一个研究领域，其关键是传是最热门的一个研究领域，其关键是传感器材料问题。大量新型复合材料，用感器材料问题。大量新型复合材料，用于制备各种各样的于制备各种各样的化学和生物传感器化学和生物传感器，如如ZrO2,Pt/WO3,SnO2/MnO2,CuFeO4(纳米纳米)SrFeO2.5, PVD/CVD膜材料，膜材料，化学场效化学场效应管应管、化学修饰电极化学修饰电极（自组装膜和（自组装膜和LB膜）膜）等。等。
17、24近年来，已开发出不少可应用于生物体系的近年来，已开发出不少可应用于生物体系的电催化材料、微传感器材料、修饰电极材料及电催化材料、微传感器材料、修饰电极材料及生物活性材料等，如过渡金属络合物、生物活性材料等，如过渡金属络合物、DNA电极、酶电极、维它命等。此外还推出大量电极、酶电极、维它命等。此外还推出大量形成新颖的电活性导电聚合物，可望应用于形成新颖的电活性导电聚合物，可望应用于生命科学、能源、信息科学及其它领域，这生命科学、能源、信息科学及其它领域，这些都将促进电化学新技术用于生物些都将促进电化学新技术用于生物/生命过程生命过程的研究。的研究。25 此外，对于金刚石材料进行改性处理而制成
18、的金此外，对于金刚石材料进行改性处理而制成的金刚石薄膜可具有绝缘体、半导体、导体等不同的性质，刚石薄膜可具有绝缘体、半导体、导体等不同的性质，它在新型的电极材料、微电化学传感器方面引起了人它在新型的电极材料、微电化学传感器方面引起了人们的极大兴趣；离子及混合导电陶瓷材料可在二次电们的极大兴趣；离子及混合导电陶瓷材料可在二次电池、固态氧化物燃料电池、特殊环境下的防腐蚀、气池、固态氧化物燃料电池、特殊环境下的防腐蚀、气体传感器等领域发挥重要作用。体传感器等领域发挥重要作用。 可以看到，在各种新材料不断涌现的今天电化学各可以看到，在各种新材料不断涌现的今天电化学各 个领域的研究正在呈现一派生机勃勃的
19、景象个领域的研究正在呈现一派生机勃勃的景象。 26真正的绿真正的绿色能源色能源三、燃料电池三、燃料电池27直接直接直流电直流电连续连续第四种第四种发电方式发电方式高效高效清洁清洁低噪音低噪音负载能力强负载能力强281. 18391. 1839年威廉年威廉格罗夫格罗夫(William Grove)(William Grove)应用氢气和氧气制成燃料电池。应用氢气和氧气制成燃料电池。2. 18892. 1889年，蒙德年，蒙德( (MondMond) )和莱格（和莱格（LangerLanger）重复了格罗夫的实验，即将一重复了格罗夫的实验，即将一组铂片放在倒置的试管里分别通人氢气和氧气，测到了一个
20、足以电解水组铂片放在倒置的试管里分别通人氢气和氧气，测到了一个足以电解水的电压，并首次提出了的电压，并首次提出了“燃料电池燃料电池”的概念。的概念。3. 3. 19321932年年，培培根根（BacoBaco）用用碱碱作作电电解解质质，用用镍镍代代替替铂铂做做为为电电极极材材料料，并并制制成成三相气体扩散电极，于三相气体扩散电极，于19591959年试验了一个年试验了一个5kW5kW燃料电池系统。燃料电池系统。4. 19654. 1965年和年和19661966年美国相继在年美国相继在“双子星座双子星座”和和 “ “阿波罗阿波罗”飞船中，成功地应飞船中，成功地应用改进了的培根用改进了的培根H
21、H2 2-O-O2 2燃料电池提供电力燃料电池提供电力. .5. 5. 受能源危机的影响受能源危机的影响6. “TARGET6. “TARGET计划计划”的基本构想是用管道将燃料输送到集中地点，通过综的基本构想是用管道将燃料输送到集中地点，通过综合途径，供应该处的全部能量要求，合途径，供应该处的全部能量要求，“FCG”FCG”计划的目标是建立燃料电池计划的目标是建立燃料电池发电站。发电站。“月光计划月光计划”主要进行关于分散配置和代替火力发电的两种形主要进行关于分散配置和代替火力发电的两种形式的燃料电池研究。式的燃料电池研究。 太好了！291. 1. 以燃料的凝聚态分以燃料的凝聚态分: : 气
22、态燃料电池（如氢一氧燃料电池）气态燃料电池（如氢一氧燃料电池）; ; 液态燃料电池（如甲醇燃料电池）液态燃料电池（如甲醇燃料电池）. .2.2.以燃料的类型分以燃料的类型分: : 直接型（一次电池）直接型（一次电池）; ; 间接型间接型; ; 再生型（二次电池）再生型（二次电池）. .3.3.以工作温度又可分以工作温度又可分: : 低温（低温（200200）; ;中温（中温（200200750750）; ; 高温（高温（750750）4.4.按电解质种类分按电解质种类分: : 碱型（碱型（AFCAFC）; ; 磷酸型（磷酸型（PAFCPAFC）; ; 熔融碳酸盐型（熔融碳酸盐型（MCFCMCF
23、C）; ; 固体氧化物型（固体氧化物型（SOFCSOFC）；）；离子交换膜型（离子交换膜型（PEFC).PEFC). 种类好多哎！种类好多哎！301 1. . 能量转换效率高能量转换效率高当当利利用用热热机机原原理理将将物物质质的的化化学学能能转转化化为为有有用用形形式式的的能能时时，受受卡卡诺诺循循环环的的限限制制，其其工工作作效效率率的的上上限限为为35354040； 在在燃燃料料电电池池系系统统中中，能能量量转转换换效效率不受卡诺循环的限制，一般可达率不受卡诺循环的限制，一般可达8080以上以上. .2. 2. 系统的效率与设备容量及负载无关系统的效率与设备容量及负载无关 燃燃料料电电池
24、池的的效效率率与与其其两两极极的的电电化化学学反反应应本本质质及及电电极极活活性性有有关关，并并不不受受设设备备大大小小的的影影响响。燃燃料料系系统统设设备备的的容容量量仅仅影影响响到到它它的的总总功功率率，并并不不影影响响燃燃料料电电池池的的效效率率。另另外外，常常规规的的热热机机在在全全负负荷荷运运转转时时效效率率最最高高，负载减小时效率迅速减小，而燃料电池在负载减小时，效率会更高。负载减小时效率迅速减小，而燃料电池在负载减小时，效率会更高。3. 3. 污染小污染小燃燃料料电电池池工工作作时时无无噪噪音音，被被称称为为“安安静静电电站站”，所所以以无无噪噪音音污污染染。目目前前，空空气气污
25、污染染（如如SOSO2 2、NONOx x、COCO等等）的的主主要要来来源源是是燃燃料料化化石石燃燃料料和和使使用内燃机的各种车辆，燃料电池的排放量非常低。用内燃机的各种车辆，燃料电池的排放量非常低。4. 4. 容量大、功率范围广、可分散使用、可连续放电及节省人力。容量大、功率范围广、可分散使用、可连续放电及节省人力。真高！真 方便！真真 干净！干净！31燃料电池有别于一般的原电池与蓄电池，它所需参与电极反应的活性物质并不贮存在电池内部，而是全部由电池外部供给。原则上只要外部不断地供给电化学反应所需的活性物质，燃料电池就可以连续不断地工作，燃料电池实际上是将化学能转变为电能的一种特殊装置。氢
26、氧燃料电池电极反应为氢氧燃料电池电极反应为： 在酸性溶液中在酸性溶液中负 极 ： H2 2H2O2e2H3O+ ， 正 极 ： 1/2O2十 2H3O+ 十 2 e3H2O 在碱性溶液中在碱性溶液中负极： H22OH-一2e 2H2O， 正极： 1/2O2H2O2 e2O H-总反应： H21/2O22H2O 实质是氢的燃烧反应，氧是氧化剂。在燃料电池中，负极上进行燃料的氧化过程，而正极上进行氧化剂的还原过程。燃料电池的负极常常被称作“燃料电极”，是燃料电池的主要工作电极，正极又被称作“氧化剂电极”，燃料电池中常用的氧化剂是空气中的氧。与火力发电站 相同吗？真 简单！321碱型（AFC）燃料电
27、池常以浓氢氧化钾溶液为电解质溶液，以多孔石墨, 贵金属或多孔镍为电极材料，常用的燃料是氢。优点是燃料的电化学活性高，即使在较低温度下也可得到较大的功率输出，缺点是电解液易于碳酸盐化。2磷酸型燃料电池（PAFC）以磷酸水溶液为电解质溶液，突出优点是抗CO2对电液的污染，所以常采用含碳化合物为燃料，但它的电化学反应活性较低，故常采用贵金属作催化剂，工作温度大约在200以下。另外，反应物中所含CO或反应中间产物CO对铂的毒化及催化剂价格的昂贵。 3熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）多用固体碳酸钾与碳酸锂的混合物作为电解质，阳极材料为含铬10的多孔镍，阴极材料为掺杂NiO的镍，常用的燃料为煤气, 天然气
28、, 甲醇等。MCFC工作温度在650，在此条件下阳极反应很快，不使用贵金属催化剂，能量转换效率高。MCFC的主要问题是热循环过程中因电解质的熔化与凝结，导致基体体积的变化及反应物高温下对电池基体的腐蚀。CO2没招了！不用贵金属！335离子交换膜型燃料电池（PEFC)以离子交换膜为电解质，其特点是工作电流大（1-4Acm-2，0.6V），比功率高（0.1-0.2kW/kg），比能量大，能量效率大。汽车用内燃机效率仅为14%-18%，而PEFC可达40%-50%；冷启动时间短，可以在数秒内实现冷启动；正常工作温度60-100，室温下具有80%的额定功率。特别适合做电动汽车动力源.4固体氧化物型燃料
29、电池（SOFC）在1000下以稳定的氧化锆为电解质，燃料为氢气、天然气、煤气、甲醇等。优点是燃料在1000下能自动进行内部重整，并迅速地氧化为最终产物，受杂质的影响小，电池的比功率高，电池的综合能耗可达86左右。电动汽车来了！效率确实高！34国外FC研究主要分为四个集团：美国、日本、西欧|加拿大。包括15个国家：澳大利亚、加拿大、丹麦、德国、意大利、日本、荷兰、新西兰、挪威、西班牙、瑞典、瑞士、英国和美国。四个集团15个国家日本每年用于FC研究的经费为135 MECU（百万欧洲货币单位）.PAFC: 5MW电厂效率41。总效率为6080。正在建设11 MW。MCFC: 两个100kW，运行时间
30、5000h SOFC: 25kW SOFC正在关西电力六甲新能源中心运行。PEFC: 电极面积1200cm2， 1kW电池。美国对FC的投资每年120MECU。PAFC:200 kW PAFC电厂开始定型生产，售价3000美元kW，已售出50余座。MCFCD:已具备年产25MW外公用管道式MCFC电厂能力，SOFC: 进行100 kW SOFC试验。PEFC: “交通运输工具用FC研究国家计划”，其重点为PEFC.加速研究定型生产了！35西欧: 估计政府和企业对FC的投资每年为70 MECU PAFC: 1MW PAFC电厂正在意大利的米兰运行.MCFC:到1995年，两个250kW ER-M
31、CFC将开始运行.SOFC: 20kW电池于1995年开始运行.PEFC: 开发汽车用40和30 kW PEFC.多国 合作好！加拿大：主要集中在PEFC上，其水平居国际领先地位40kW低温甲醇PEFC，400kW级潜艇用PEFC系统开始运行。对我国FC工作的建议1. 集中力量进行MCFC技术与工程开发。MCFC热效率高，可热电联供，并间接地以煤作燃料，比较适合我国能源以煤为主的情况，国外MCFC技术日益成熟，将商业化。MCFC发电是解决燃煤污染的有效途径.2. 集中力量进行PEFC技术与工程开发。PEFC是最具有商业前景的FC，它启动快，功率密度高，无论在军用，民用，小型电站，还是交通运输工
32、具动力源方面都有着广泛的应用前景，3. 开展SOFC基础研究工作.4. 可引进国外PAFC小型样机（1020 kW） 我们一定要努力！36燃料电池汽车FCV：美国“时代”周刊1995年7月号刊将FCV选定为对21世纪人类社会具有重大影响的十项高新技术的第一项。商品化的PAFC可用于偏僻地区的电力供应去商店买个电站吧！MCFC和SOFC部分取代火力发电厂高效率！ 无污染！37一一. . 化学修饰电极的制备化学修饰电极的制备二二. . 化学修饰电极的表征化学修饰电极的表征三三. . 化学修饰电极的展望化学修饰电极的展望四四. . 研究现状研究现状四、化学修饰电极四、化学修饰电极 38化学修饰电极的
33、制备化学修饰电极的制备 设计思想设计思想把接着分子的已知化学性和电化学性转移至电极/电解液界面上来，以达到预计的控制电极响应行为的目的 吸附法、共价键合法 LB膜法、自组（SA）膜法v 早期的制备方法早期的制备方法v 近期的制备方法近期的制备方法问题特征39存在的问题存在的问题SA膜的特征膜的特征 稳定性差在控制由接着分子所造成的微结构和动力学性质方面受到很大限制 组织有序、定向、密集、完好的单分子层具有明晰的微结构可探测在电极表面上分子微结构和宏观电化学响应之间的关系 40化学修饰电极的表征化学修饰电极的表征 电化学方法电化学方法 光谱电化学法光谱电化学法 表面分析能谱法表面分析能谱法 石英
34、晶体微天平石英晶体微天平 显微学显微学 41化学修饰电极的表征化学修饰电极的表征电流、电量、电位电流、电量、电位和电解时间电解时间等参数间的关系 定性、定量地表征修饰剂的电极过程和性能电极过程和性能更侧重研究膜内电荷传输过程膜内电荷传输过程循环伏安法、计时电流法、计时库仑法、计时电位法、脉冲伏安法、电化学交流阻抗谱n 电化学方法电化学方法 42化学修饰电极的表征化学修饰电极的表征 电化学方法电化学方法研究电极过程机理、电极表面特性表面特性、监测反应中间体、 产物，测定电化学参数现场现场光谱电化学法在电极反应过程中研究电化学反应，并获得分子水平分子水平的、实时实时的信息紫外-可见光谱法、红外光谱
35、法、激光光谱法、荧光光谱和偏振光谱n 光谱电化学法光谱电化学法43化学修饰电极的表征化学修饰电极的表征 电化学方法电化学方法 光谱电化学法光谱电化学法对物体对物体几百埃几百埃以内的表面层结构组成的检测以内的表面层结构组成的检测有时甚至要求有时甚至要求几个单分子层几个单分子层的信息的信息分析确定原物质的分析确定原物质的结构组成结构组成XPSXPS（X X射线光电子能谱）和射线光电子能谱）和AESAES（俄歇电子能俄歇电子能谱）谱）n 表面分析能谱法表面分析能谱法 44化学修饰电极的表征化学修饰电极的表征 电化学方法电化学方法 光谱电化学法光谱电化学法 表面分析能谱法表面分析能谱法 n 石英晶体微
36、天平石英晶体微天平 具有纳克数量级纳克数量级质量变化能力的灵敏的检测器测量固体电极表面层中质量、电流和电量质量、电流和电量随电位电位变化关系研究电化学界面过程、膜内物质传输、膜生长动膜生长动力学力学、膜内的化学反应45化学修饰电极的表征化学修饰电极的表征 电化学方法电化学方法 光谱电化学法光谱电化学法 表面分析能谱法表面分析能谱法 石英晶体微天平石英晶体微天平显微技术用于表征化学修饰电极的表面形貌表面形貌，可从原子水平原子水平研究化学修饰电极的表面信息扫描电子显微镜（SEM）；扫描隧道显微镜（STM）扫描电化学显微镜（SECM）；原子力显微镜（AFM）n 显微学显微学 46化学修饰电极的展望化
37、学修饰电极的展望 技术和方法技术和方法发展趋势发展趋势：谱学和电化学法的联用 现场（in-situ)-监测实时信息 高灵敏检测-分子级、乃至原子级水平的分辨研究方向：研究方向： 电活性基末端试剂自组装形成的单层修饰电极 SA膜进行分子识别问题的研究生命科学研究方面、在电有机合成中的立体选择、微修饰膜的结构与分子电子器件、新型化学修饰电极、在分析化学中的应用47化学修饰电极化学修饰电极化学修饰电极化学修饰电极 突破突破了传统电化学中只限于研究裸电极裸电极/ /电解液界面电解液界面的范围，开创开创了从化学状态化学状态上人为控制电极表面结构的领域。通过对电极表面的分子剪裁，可按意图给电极预定的功能，在分子水平分子水平上实现了电极功能的设计电极功能的设计。基于分子的自组作用，在固体表面上自然地形成高度有序的单分子层的方法。制备工艺简单易行简单易行、条件温和条件温和而且膜稳定性好膜稳定性好。在固体表面上自组装形成的单分子层结构，可作为生物生物表面的模型膜表面的模型膜以进行分子识别分子识别。自组装膜广泛地涉及基础和应用研究基础和应用研究的许多方面自组膜技术自组膜技术自组膜技术自组膜技术小小结结48
