00 电化学绪论.pptx

第1页：应用电化学课程封面

应用电化学

第2页：课程内容与学时安排

绪论（2课时）第1章电化学基础知识回顾（2课时）第2章化学电源-电池（6课时）第3章电化学测定体系及装置（2课时）第4章电化学研究方法（4课时）第5章电化学分析（4课时）第6章电化学腐蚀与防护（4课时）第7章光电化学（4课时）第8章有机电化学（2课时）总结复习（2课时）课程内容

第3页：参考书目

• 参考书目
• 《电极过程动力学导论》，查全性等著，科学出版社，1976年～2004年（4版）
• 《电化学测试技术》，刘永辉编，北航
• 《电化学测定方法》，藤山鸟昭，相泽益男，井上彻澈等著，陈震，姚建年译，蔡生民校审，北京大学出版社，1995.5
• 《电化学阻抗谱导论》，曹楚南，张鉴清著，科学出版社，2002.7第一版，2004.5二刷
• 《电化学研究方法》，田昭武，科学出版社，1984
• 《电化学方法(原理及应用)》，A.J.巴德，L.R.福克纳著，谷林瑛等译，化学工业出版社，1986.10
• 《电化学原理》，李荻主编，北航出版社，1999.8
• 《腐蚀电化学》，曹楚南，化学工业出版社，1994
• 《金属腐蚀研究方法》，吴荫顺等编，冶金工业出版社，1993年5月
• 《电化学》，吴辉煌主编，化学工业出版社，2006年
• 《应用电化学》，杨辉等编著，科学出版社，2002年

第4页：绪论章节目录

绪论§1.1前言§1.2电化学科学的发展简史§1.3电化学科学涉及的领域§1.4我国著名电化学家简介

第5页：什么是应用电化学

§1.1前言1.什么是应用电化学----从氯碱工业说起

第6页：电化学的三大工业体系

现已形成三大电化学工业体系：电解、电池、电分析。电化学应用范围很广，在国民经济很多部门发挥巨大作用。电化学的实际应用大致分为：（1）电化学合成：如氯碱工业、合成己二腈。（2）金属的提取与精炼：熔盐电解制铝、精炼铜。

（3）化学电源：1859年普兰特（Planet）发明了铅酸电池。锌锰电池；太阳能电池、燃料电池、手机中的锂电池等。（4）金属腐蚀与防护：电化学腐蚀与防护、缓蚀剂。（5）物体表面修饰：电镀、电泳涂漆。（6）电化学分离技术：电渗析、电浮离等。

（7）电化学分析技术：应用于工农业、环保及医药卫生等。2.电化学应用领域

第7页：电化学科学发展简史

§1.2电化学科学的发展简史1.电化学热力学发展（1799~1905）1799意大利物理学家伏打发明第一个化学电源1833法拉第定律1870亥姆霍茨提出双电层概念1889能斯特提出电极电位公式1905塔菲尔提出塔菲尔公式2.电化学动力学发展（20世纪40年代）电化学动力学：研究电极反应速度及其影响因素弗鲁姆金等析氢过程动力学双电层结构研究取得进展格来亨用滴汞电极研究两类导体界面

第8页：理论与实验技术突破

3.理论和实验技术突破性进展（20世纪60年代）理论方面：非稳态传质过程动力学表面转化步骤复杂电极过程电子传递理论R.A. Marcus 1992诺贝尔化学奖实验技术方面：界面交流阻抗法暂态测试方法线性电位扫描法旋转圆盘电极系统电化学in-situ测试技术

第9页：电化学理论新发展

4.电化学理论新发展（20世纪80年代以后）将量子力学引进电化学领域形成量子电化学。与环境科学结合形成环境电化学。与材料结合形成材料电化学。与光结合形成光电化学。与半导体结合形成半导体电化学。与生物化学结合形成生物电化学等等。

第10页：2007年诺贝尔化学奖

德国科学家（Gerhard Ertl）因对固体表面化学研究取得的杰出成就荣获2007年度诺贝尔化学奖。

10月10日，瑞典皇家科学院发布的颁奖声明称，埃特尔在表面化学方面进行了开创性的研究，这些研究对化学工业非常重要，同时也帮助人们理解各种不同的化学过程，比如铁是如何生锈的、燃料电池如何工作以及汽车催化剂如何发挥作用，甚至可以解释臭氧层为何遭受破坏等等。

第11页：电化学概念内涵的演变

• （1）电化学概念内涵的改变
• 电化学（近代约1800-1940年）电化学是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中有关现象的科学。
• 电化学（现代约1940-1980年）是研究带电界面上所发生现象的科学。
• 电化学（1980年以后）是控制离子、电子、量子、导体、半导体、介电体间的界面及本体溶液中荷电粒子的存在和移动的科学技术。
• 电化学是边缘学科interdisciplinary /多领域跨学科multidisciplinar/超领域transdisciplinary
• 量子电化学quantum electrochemistry
• 1999年提出了“电化学材料科学（Electrochemical MaterialsScience，EMS）”的概念。§1.3电化学科学涉及的领域

第12页：电化学材料科学的划分

• 目前国际上认为，电化学材料科学可划分为材料的电化学制备学、材料的电化学、电化学的材料学三个大的方面.
• 具体研究内容包括能源材料、材料电化学制备、电极材料、电解材料、电池材料、表面工程、电化学加工、电化学传感信息材料、材料腐蚀与防护技术、材料的电化学表征等。
• 特征：电化学领域横跨纯自然科学（理学）和应用自然科学（工程、技术）两大方面，而且各个领域都建立在共同的基础（电化学）之上。
• 1980年以后在跨学科和边缘领域取得了极大的进展。应用领域非常广，这也表现在学术组织上，目前国际电化学学会（international society of electrochemistry,缩写ISE）将其会员的活动分为8个大组进行，各自涵盖的学术领域如下:

第13页：界面电化学研究方向

• 一、界面电化学
• 固/液导电表面和界面的结构状况
• 双电层结构
• 电子和离子转移过程的理论
• 电催化理论
• 光电化学
• 电化学体系的统计力学和量子力学方法二、电子导电相和离子导电相
• 金属、半导体、固态离子导体、熔盐、电解质溶液、离子/电子导电聚合物，以及嵌入化合物等的热力学和传输性质。

第14页：分析电化学研究方向

• 三、分析电化学
• 用于化学分析、检测和过程控制的电化学方法与装置（如直流电法、交流电法和电位法等技术）
• 电化学传感器（包括离子选择性电极和固态器件）。四、分子电化学
• 无机物、有机物和金属有机化合物电极过程的机理和结构状况，以及在合成中的应用。五、电化学能量转换
• 能量的电化学产生、传输和储存
• 蓄电池
• 燃料电池
• 光电化学过程与装置

第15页：腐蚀电沉积与表面处理

• 六、腐蚀、电沉积和表面处理
• 材料腐蚀与保护的电化学
• 钝化
• 电化学固相沉积与溶解过程的理论
• 应用（包括电镀、电抛光、微建造和电化学成型）七、工业电化学和电化学工程
• 工业电化学过程的基本概念及工艺学
• 环境及能量状况
• 电解槽设计、放大与优化
• 电化学反应器理论
• 质量、动量和电量传递的基本问题
• 工程应用的电化学装置

第16页：生物电化学研究方向

• 八、生物电化学
• 生物体系组分的氧化还原过程
• 生物膜及其模型物的电化学
• 电化学生物传感器
• 电化学技术在生物医学中的应用
• 由此可见，现代电化学是一门交叉学科，也是应用前景非常明显的学科。在过去的半个世纪中，电化学已为解决能源、材料、环境等的相关问题发挥了不可低估的作用，毫无疑问，在21世纪中该学科必将继续为解决人类面临的这些重大问题发挥更加显著的作用。

第17页：十一五能源电化学规划

1．高性能储氢/制氢和储锂新体系及聚合物电解质中氢离子和锂离子的传输机理2．直接型燃料电池新体系和生物燃料电池；3．用轻元素及其化合物组成储/制氢材料及可充电多电子过渡金属化合物电极；4．超级电容器和氧化还原液流电池等特殊电化学储电装置；

5．质子膜燃料电池的成流机理和衰退机理和新型质子膜材料；6．（公交）车用动力电池的衰退机理和循环及再生回收；7．基于光电化学原理的新光伏电池体系和电池运行新型机制。我国电化学“十一五”学科发展规划一移动式电源和再生式能源是当今能源发展中的重要方面

第18页：材料电化学制备新方法

二发展各类材料的电化学制备新方法1．电化学方法制备新型环境友好和生物医用材料；2．新型低能耗的电化学制备材料方法；3．基于电化学原理的新型微米/纳米加工方法；4．基于离子液体体系的电化学新方法等；5．材料保护、防腐、循环使用(包括材料表面处理)的电化学新方法。

第19页：生命体系中的电化学

1．生物膜与仿生界面的电荷传输、物质传输与能量转换以及生物膜内源性电场的实验和理论；2．生命活动过程中的电生理现象（肌肉、神经、脑等等）的电化学机制探索；3．研究生物大分子的电子传递机制及分子间弱相互作用的（谱学）电化学方法；

4．对细胞各种行为的影响和控制的电化学方法；5．生命活动过程电活性粒子（物质）的定向有序专一的传递、传导或转移。三基于生命体系中广泛存在（电解质）水和各类电荷传输的特点，电化学在生命领域所扮演的重要角色将日益凸现

第20页：电化学与信息微系统

1．芯片、微传感器和微系统制造过程中的电化学技术和理论;2．结合微系统技术制备微电解池和微电池体系以及组合电化学体系；3．基于微系统技术的电化学传感器微型化和集成化；4．超分子化学、自组装、分子印迹和分子遗传学等在电化学传感器的应用；

5．电化学法制备纳米器件或分子器件的探索。四电化学在信息和环境领域中的最大挑战是在微芯片、微传感器和微系统制造方面的研究工作

第21页：复杂体系电化学的挑战

1．复杂电化学相界（如三相界、固－固、膜－液、液－液等）的结构、性质与过程；2．微米/纳米尺度上的复杂（限域）电化学体系和相关过程的实验和理论方法；3．复杂体系（凝聚相、膜、超微孔、凝胶）中的离子/电子输运过程的理论与实验；

4．电化学方法与现代物理表征技术和生物技术相结合的实验与理论等。五电化学在以上学科交叉领域中所面临的挑战也对于电化学自身发展和解决本学科重大问题带来难得机遇

第22页：查全性院士简介

查全性，江苏南京人，中国科学院院士1925生，1950年毕业于武汉大学化学系。1957年赴苏联莫斯科大学进修。历任武汉大学副教授、教授、化学系主任，中国科学院化学部委员，国务院学位委员会第二届学科评议组成员，中国化学会第二十二届常务理事。专于电化学。

1979-1984年期间担任武汉大学化学系主任。先后担任《化学学报》、《高等化学学报》和《物理化学学报》等学术期刊编委。

1.4我国著名电化学家简介近五十年来一直从事有关电化学的教学和研究工作，研究领域涉及电极/溶液界面的吸附、电化学催化、半导体电化学、高比能化学电源、燃料电池、生物电化学等，迄今已在国内外学术期刊上发表200余篇科学论文。

80年代以来主要从事光电化学催化、高比能锂电池及生物酶电极研究，并创建了适用于研究粉末材料电化学性质的粉末微电极方法。其研究成果表面活性剂吸附规律、电化学催化等工作于1987年获得国家自然科学三等奖。

所著“电极过程动力学导论”是我国电化学界普遍使用的教材和参考书。

第23页：田昭武院士简介

田昭武，福建福州市人，男，厦门大学教授，中国科学院院士，英国威尔士大学名誉理学博士，固体表面物理化学国家重点实验室主任，中国科协全国委员，国际电化学学会会刊副主编，《电化学》主编，中国人民政治协商会议全国常务委员。

1949年厦门大学化学系毕业,历任厦门大学校长,中国化学会理事长,福建省科协主席,国家教委化学教学指导委员会主任委员,国际电化学学会理事及第46届年会主席，国际太阳能光化学转化与储存会议组织委员及第九届会议主席。

曾获: 1986年国家教委科技进步一等奖, 1987年国家教委科技进步二等奖, 1987年国家自然科学三等奖, 1990年国家发明三等奖等。

第24页：田中群院士简介

田中群，物理化学家。厦门大学教授。1955年生于福建厦门。1982年毕业于厦门大学化学系，1987年获英国南安普敦大学化学系博士学位。现任固体表面物理化学国家重点实验室主任，英国皇家化学会高级会员。2005年当选为中国科学院院士。

2008年3月当选为第十一届全国政协常委。1999获香港求是基金会“杰出青年学者奖”，2001年被聘为长江学者计划特聘教授，2001年获中国高校科学技术进步一等奖。

现为国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)物理化学和生物物理化学委员会衔称委员，英国皇家化学会资深会员，国际拉曼光谱大会执行委员会委员，中国化学会电化学委员会主任。

担任ChemComm., J. Raman Spectroscopy，Phys. Chem. Chem. Phys.，《中国科学》等杂志的顾问编委或编委。

第25页：汪尔康院士简介

汪尔康，1933年5月生于镇江电分析化学的领军人物，中科院院士1952年毕业于上海市沪江大学化学系。毕业后分配到长春应用化学研究所工作。1955年选派捷克斯洛伐克科学院学习，1959年获副博士学位。

回国后仍在长春应化所供职，1982年为研究员、博士生导师，1992-1996年任所长，并曾兼任国家电化学和光谱分析研究中心主任等职务。1991年当选中科院院士。

中国分析测试协会副理事长，国家自然科学基金委(环境)分析化学学科基金评审组组长，化学科学部专家咨询委员会委员，中国化学会常务理事，分析化学委员会主任等。他在我国率先从事液/液界面电化学研究，提出并建立线性电流扫描法等多种电化学研究方法。

他较早开展液相色谱/电化学的研究，提出并设计了各类微电极、阵列微电极、多指示电极及各类化学修饰电极和水/固化硝基苯薄层池电化学检测器与液相色谱联用，发展了一系列灵敏选择分析各类通常较难测定的检测物的液相色谱/电化学测定方法。

第26页：董绍俊院士简介

董绍俊中科院院士

第27页：吴浩青院士简介

吴浩青复旦大学教授中科院院士（1914-2010）江苏宜兴人。

1935年毕业于浙江大学化学系，曾在浙江大学、湖南兰田师范学院、上海沪江大学等校任教，1952年全国院系调整来复旦大学化学系执教，历任化学系副主任、主任。

1980年当选为中国科学院化学部委员，是我国电化学的开拓者之一，致力于锑元素电化学性质的系统研究，确定了锂的零电荷电势，得到国际公认，并提出了锂电池嵌入反应机理，撰有《物理化学》、《化学热电力》、《电化学动力学》等专著。

第28页：陈立泉院士简介

1940年生于四川南充,1964年毕业于中国科学技术大学物理系，同年到中国科学院物理研究所工作至今。其间1976～1978年赴西德马普协会固体所进修；

1985年、1990年和1992年曾分别在法国科研中心波尔多固体化学研究所、荷兰代尔夫特理工大学和日本东京工业大学任客座教授。2001年11月当选为中国工程院院士。1、他是物理所高温超导材料研究负责人并参加研制出一系列世界领先水平的高温超导材料。

2、在国内首先研制成功锂离子电池。建成我国第一条锂离子电池中试生产线，产品性能和成品率都处于国际先进水平,解决了锂离子电池规模化生产的科学技术与工程问题。参予组建了北京星恒电源公司,依靠自己的技术，以国内设备和原材料为主，实现了锂离子电池的产业化。

中国工程院院士陈立泉

第29页：孙世刚与杨勇简介

孙世刚，教授，博士生导师，长江学者厦门大学教授加拿大奎尔夫大学访问科学家(1988-1989)法国科学院界面电化学研究所博士后（1986-1987）法国国家博士(巴黎居里大学,1986)表面电化学,电化学催化,谱学电化学,有机电化学，纳米材料和能源电化学杨勇，教授，“闽江学者”特聘教授，博士生导师。

固体表面物理化学国家重点实验室研究员，“新世纪百千万人才工程”国家级人选（2004），国务院政府特殊津贴（2006）获得者，国家杰出青年科学基金获得者（1999），教育部跨世纪优秀人才（1998）。主要的研究方向为能源电化学与材料物理化学。

主要学术成绩包括运用多种（谱学）电化学方法对多种具有重要应用价值的电极材料的电化学反应过程进行创新型研究，特别对几种锂离子电池电极材料的合成、结构、表面修饰及其电化学性能进行深入的研究。

第30页：陈军与吴宇平等学者简介

陈军，南开大学教授，教育部长江学者特聘教授、国家自然科学基金杰出青年基金获得者、国家科技部863计划领域专家，他在新能源材料的研究方面取得了显著的成就。吴宇平，复旦大学教授（博导）1987-1991年在湘潭大学化学系。

1994年毕业于中国原子能科学研究院，获工学硕士学位。1997年毕业于中国科学院化学研究所，获理学博士学位。1997-1999年在清华大学从事博士后研究工作。

1999-2001在日本科学技术振兴事业团(JST)的资助下到日本早稻田大学应用化学系工作，并担任客员研究员。2001-2003年在德国洪堡基金委的资助下到开姆尼兹工业大学(原卡尔×马克思大学)作访问学者。

2003年8月作为优秀人才引进到复旦大学化学系，聘为教授。目前的主要研究领域：嵌入电极反应动力学；固体电解质；固态锂离子电池；纳米材料在储能材料中的应用；微型电池及其材料制备。夏永姚江志裕

第31页：任斌教授简介

任斌厦门大学教授博导主要研究方向：表面增强拉曼光谱、针尖增强拉曼光谱、光谱电化学、纳米电化学以及表面等离子体光学等。现任中国物理学会光散射专业委员会副主任，《光散射学报》编委。

曾获中国化学会青年化学奖（2004），首届中国电化学青年奖（2007），教育部新世纪优秀人才（2005），霍英东青年教师基金（2006），和国家杰出青年科学基金（2008）。获教育部2001年“中国高校自然科学奖”一等奖（第二完成人）。