电催化原理及应用
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
催化电极的功能：既能导电，又能对反应 物进行活化，提高电子的转移速率，对电化学 反应进行某种促进和选择。因此，良好的电催 化电极应该具备下列几项性能：
回目录
1. 良好的导电性，至少与导电材料（例如石墨、银 粉）结合后能为电子交换反应提供不引起严重电压 降的电子通道，即电极材料的电阻不能太大； 2. 高的催化活性，即能够实现所需要的催化反应， 抑制不需要或有害的副反应； 3. 良好的稳定性，即能够耐受杂质及中间产物的作 用而不致较快地被污染或中毒而失活，并且在实现 催化反应的电势范围内催化表面不至于因电化学反 应而过早失去催化活性，此外还包括良好的机械物 理性质，表面层不脱落、不溶解。
在电场作用下电极表面或液相中的物质促进或抑制 电极上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液中 物质本身并不发生变化的化学作用。 选用合适的电极材料，以加速电极反应的作用。 所选用的电极材料在通电过程中具有催化剂的作用， 从而改变电极反应速率或反应方向，而其本身并不 发生质的变化。
回目录
电催化特点
与常规的催化化学相比
回目录
电催化作用覆盖着电极反应和催化作用两个方面，因此电催化剂必需同时具 有这两种功能：①能导电和比较自由地传递电子；②能对底物进行有效的催 化活化作用。能导电的材料并不都具有对底物的活化作用，反之亦然。
回目录
电催化电极
电极------是指与电解质溶液或电解质接触的电子导体 或半导体，它既是电子贮存器，能够实现电能的输入 或输出，又是电化学反应发生的场所。 电催化电极------首先是一个电子导体，其次要具有催 化功能。即对电化学反应进行某种促进和选择。
回目录
影响电催化的因素
影响处理效果的的主要因素可分四 个方面，即电极材料、电解质溶液、 废水的理化性质和工艺因素(电化学 反应器的结构电流密度、通电量等) 。 其中，电极材料是近年研究的重点。
回目录
1. 电极材料 在电解法处理有机废水的过程中，电极不仅
起着传送电流的作用，而且对有机物的氧化降解 起催化作用，电极材料选择的好坏，直接影响有 机物降解效率的高低。电解过程主要是通过阳极 反应来降解有机物的，而且电位越高，有机物的 脱除效果越明显。但电位过高会受到阳极材质腐 蚀和多种副反应的制约，主要竞争副反应是阳极 氧气的析出，因此催化电极应具有较高的析氧超 电势。
回目录
4. 非金属化合物电极 一般所说的非金属电极是指硼化物、
碳化物、氮化物、硅化物、氯化物等。非 金属材料作为电极材料，最大的优势在于 这类材料的特殊物理性质，如高熔点、高 硬度、高耐磨性、良好的腐蚀性以及类似 金属的性质等。
回目录
催化电极的特性
电极在电化学处理技术中处于“心脏”的地位， 电催化特性是电化学处理技术用电极的核心内 容。我们既希望电极对所要处理的有机物表现 出高的反应速率，又要有好的选择性。
1.在常规的化学催化中，反应物和催化剂的电子转移是在限定区域进行的， 因此，在反应过程中既不能从外电路导入电子也不能从反应体系导出电 子。 在电极催化反应中有纯电子的转移，电极作为反应的催化剂，既是反应的 场所，又是电子的供受场所。 2.常规的化学催化电子的转移催化无法从外部加以控制，而电催化可以 利用外部回路控制电流，从而控制反应。
回目录
2. 电解质溶液 电解质溶液对有机物的电化学催化氧化的影响主要
体现在两个方面:（1）电解质溶液的浓度（2）电解质 的种类。 3. 废水的理化性质
同一电极对不同有机物表现出不同的电催化氧化效 率。废水体系的pH值等因素也常常会影响电极的电氧 化效率。 4. 工艺因素
回目录
回目录
催化电极的材料
1. 金属电极 金属电极是指以金属作为电极反应
界面的裸露。电极，除碱金属和碱土金属 外，大多数金属作为电化学电极均有很多 研究报道，特别是氢电极反应。 2. 碳素电极 3. 金属氧化物电极
导电金属氧化物电极具有重要的电 催化特性，这类电极大多为半导体材料， 实际上对这类材料性质的研究是以半导体 材料为基础建立的。
回目录
3. 载体 基础电极与电催化涂层有时亲和力不
够，致使电催化涂层易脱落，严重影响电极 寿命。所谓电催化电极的载体就是一类起到 将催化物质固定在电极表面，且维持一定强 度的一类物质。 4. 电极表面结构
电催化电极的表面微观结构和状态也
是影响电催化性能的重要因素之一。而电极 的制备方法直接影响到电极的表面结构。无 论是提高催化活性还是提高孔积率，改善传 质、改进电极表面微观结构都是一个重要手 段，因而电极的制备工艺绝对是非常关键的 一个环节。
电催化原理及应用
化学13-1 高龙飞
1.引言 2.电化学催化原理 3.电催化特点 4.电催化电极 5.影响电催化的因素 6.电催化的前景
回目录
许多化学反应尽管在热力学上是可行 的，但由于反应速度太小而没有实际 意义。为了使这类反应具有使用价值， 就需要引入催化反应和催化剂，以降 低总反应的活化能、提高反应速率。-化学催化因此而诞生。
涉及过渡金属及半导体化合物。它们的 共同作用就是降低复杂反应的活化能， 达到电催化的目的。而半导体的特殊能 带结构使产物不易被吸附在电极表面， 所以氧化速率还要高于一般电极。
电极对催化材料的要求பைடு நூலகம்：反应表
面积要大；有较好的导电能力；吸附选 择性强；在使用环境下的长期稳定性； 尽量避免气泡的产生；机械性能好；资 源丰富且成本低；环境友好。
回目录
常规催化作用机理
回目录
光合作用中酶参与的催化作用
酶的催化作用过程
回目录
1.机理：降低反应的活化能。 2.需要催化剂的参与。 3.催化改变化学反应速率而不影响化学平衡的作用。 4.本质上是一种化学作用。 5.反应前后催化剂的量和质均不发生改变的反应。 6.常规催化的关键是催化剂。
回目录
电催化的定义
回目录
催化电极组成和结构
1. 基础电极 所谓基础电极，也叫电极基质，是指具
有一定强度、能够承载催化层的一类物质。 一般采用贵金属电极和碳电极。基础电极无 电催化活性，只承担着作为电子载体的功能。
高的机械强度、良好的导电性和与电催 化组成具有一定的亲和性是对基础电极基本 的要求。
回目录
2. 表面材料 目前已知电催化电极表面材料主要
回目录
1. 良好的导电性，至少与导电材料（例如石墨、银 粉）结合后能为电子交换反应提供不引起严重电压 降的电子通道，即电极材料的电阻不能太大； 2. 高的催化活性，即能够实现所需要的催化反应， 抑制不需要或有害的副反应； 3. 良好的稳定性，即能够耐受杂质及中间产物的作 用而不致较快地被污染或中毒而失活，并且在实现 催化反应的电势范围内催化表面不至于因电化学反 应而过早失去催化活性，此外还包括良好的机械物 理性质，表面层不脱落、不溶解。
在电场作用下电极表面或液相中的物质促进或抑制 电极上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液中 物质本身并不发生变化的化学作用。 选用合适的电极材料，以加速电极反应的作用。 所选用的电极材料在通电过程中具有催化剂的作用， 从而改变电极反应速率或反应方向，而其本身并不 发生质的变化。
回目录
电催化特点
与常规的催化化学相比
回目录
电催化作用覆盖着电极反应和催化作用两个方面，因此电催化剂必需同时具 有这两种功能：①能导电和比较自由地传递电子；②能对底物进行有效的催 化活化作用。能导电的材料并不都具有对底物的活化作用，反之亦然。
回目录
电催化电极
电极------是指与电解质溶液或电解质接触的电子导体 或半导体，它既是电子贮存器，能够实现电能的输入 或输出，又是电化学反应发生的场所。 电催化电极------首先是一个电子导体，其次要具有催 化功能。即对电化学反应进行某种促进和选择。
回目录
影响电催化的因素
影响处理效果的的主要因素可分四 个方面，即电极材料、电解质溶液、 废水的理化性质和工艺因素(电化学 反应器的结构电流密度、通电量等) 。 其中，电极材料是近年研究的重点。
回目录
1. 电极材料 在电解法处理有机废水的过程中，电极不仅
起着传送电流的作用，而且对有机物的氧化降解 起催化作用，电极材料选择的好坏，直接影响有 机物降解效率的高低。电解过程主要是通过阳极 反应来降解有机物的，而且电位越高，有机物的 脱除效果越明显。但电位过高会受到阳极材质腐 蚀和多种副反应的制约，主要竞争副反应是阳极 氧气的析出，因此催化电极应具有较高的析氧超 电势。
回目录
4. 非金属化合物电极 一般所说的非金属电极是指硼化物、
碳化物、氮化物、硅化物、氯化物等。非 金属材料作为电极材料，最大的优势在于 这类材料的特殊物理性质，如高熔点、高 硬度、高耐磨性、良好的腐蚀性以及类似 金属的性质等。
回目录
催化电极的特性
电极在电化学处理技术中处于“心脏”的地位， 电催化特性是电化学处理技术用电极的核心内 容。我们既希望电极对所要处理的有机物表现 出高的反应速率，又要有好的选择性。
1.在常规的化学催化中，反应物和催化剂的电子转移是在限定区域进行的， 因此，在反应过程中既不能从外电路导入电子也不能从反应体系导出电 子。 在电极催化反应中有纯电子的转移，电极作为反应的催化剂，既是反应的 场所，又是电子的供受场所。 2.常规的化学催化电子的转移催化无法从外部加以控制，而电催化可以 利用外部回路控制电流，从而控制反应。
回目录
2. 电解质溶液 电解质溶液对有机物的电化学催化氧化的影响主要
体现在两个方面:（1）电解质溶液的浓度（2）电解质 的种类。 3. 废水的理化性质
同一电极对不同有机物表现出不同的电催化氧化效 率。废水体系的pH值等因素也常常会影响电极的电氧 化效率。 4. 工艺因素
回目录
回目录
催化电极的材料
1. 金属电极 金属电极是指以金属作为电极反应
界面的裸露。电极，除碱金属和碱土金属 外，大多数金属作为电化学电极均有很多 研究报道，特别是氢电极反应。 2. 碳素电极 3. 金属氧化物电极
导电金属氧化物电极具有重要的电 催化特性，这类电极大多为半导体材料， 实际上对这类材料性质的研究是以半导体 材料为基础建立的。
回目录
3. 载体 基础电极与电催化涂层有时亲和力不
够，致使电催化涂层易脱落，严重影响电极 寿命。所谓电催化电极的载体就是一类起到 将催化物质固定在电极表面，且维持一定强 度的一类物质。 4. 电极表面结构
电催化电极的表面微观结构和状态也
是影响电催化性能的重要因素之一。而电极 的制备方法直接影响到电极的表面结构。无 论是提高催化活性还是提高孔积率，改善传 质、改进电极表面微观结构都是一个重要手 段，因而电极的制备工艺绝对是非常关键的 一个环节。
电催化原理及应用
化学13-1 高龙飞
1.引言 2.电化学催化原理 3.电催化特点 4.电催化电极 5.影响电催化的因素 6.电催化的前景
回目录
许多化学反应尽管在热力学上是可行 的，但由于反应速度太小而没有实际 意义。为了使这类反应具有使用价值， 就需要引入催化反应和催化剂，以降 低总反应的活化能、提高反应速率。-化学催化因此而诞生。
涉及过渡金属及半导体化合物。它们的 共同作用就是降低复杂反应的活化能， 达到电催化的目的。而半导体的特殊能 带结构使产物不易被吸附在电极表面， 所以氧化速率还要高于一般电极。
电极对催化材料的要求பைடு நூலகம்：反应表
面积要大；有较好的导电能力；吸附选 择性强；在使用环境下的长期稳定性； 尽量避免气泡的产生；机械性能好；资 源丰富且成本低；环境友好。
回目录
常规催化作用机理
回目录
光合作用中酶参与的催化作用
酶的催化作用过程
回目录
1.机理：降低反应的活化能。 2.需要催化剂的参与。 3.催化改变化学反应速率而不影响化学平衡的作用。 4.本质上是一种化学作用。 5.反应前后催化剂的量和质均不发生改变的反应。 6.常规催化的关键是催化剂。
回目录
电催化的定义
回目录
催化电极组成和结构
1. 基础电极 所谓基础电极，也叫电极基质，是指具
有一定强度、能够承载催化层的一类物质。 一般采用贵金属电极和碳电极。基础电极无 电催化活性，只承担着作为电子载体的功能。
高的机械强度、良好的导电性和与电催 化组成具有一定的亲和性是对基础电极基本 的要求。
回目录
2. 表面材料 目前已知电催化电极表面材料主要