第5章超微电极电化学.ppt43

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《化学电化学》PPT课件

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① 半电池(电极) ② 导线(通常带有检流计) ③ 盐桥:琼脂 + 强电解质(KCl, KNO3等) 补充电荷、维持电荷平衡

2)电极反应:

正极(Cu): 负极(Zn):
Cu2+ + 2e = Cu Zn = Zn2+ + 2e
3)电池符号:
原电池符号
• 为了表示方便,我们可用下列简单符号来表示Cu-Zn电池: (-)Zn | Zn2+(c1) || Cu2+(c2) | Cu(+) • 书写电池符号的注意事项: 1)习惯上把负极写在左边,表示由Zn片和Zn2+溶液组成负极; 正极写在右边,表示由Cu片和Cu2+溶液组成正极。
什么联系呢? 学
氧化还原及电化学基础

E与△G之间的关系
• 根据化学热力学,如果在能量转变的过程
中,化学能全部转变为电功而无其他的能量损失, 等于原电池作的最大电功。 Δ rGm =W(最大)

则在等温、定压条件下,摩尔吉布斯函数变(Δ rGm)

• 电功等于电动势(E)与电量(Q)的乘积:

W(最大)=-EQ
化合价升高 失去电子
化合价降低 得到电子


还原态 = 氧化态 + n e, 电子转移 氧3; , 质子转移)
氧化还原及电化学基础

2 氧化数与电子转移 Fe + Cu2+ = Fe2+ + H 2O Cu
2个 “e” 的转 移

H2 + 0.5 O2

应的电动势也不再是标准电动势。那么,在电解质 溶液的浓度(或气体的分压)变化时,原电池的电动 势将发生怎样的变化呢?

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(saturated calomel electrode,SCE) 6.导线;7. Hg;8.纤维
以标准氢电极的电极电势为标准,
可以测得SCE的电势为0.2415V。
.
21
对电极(辅助电极)
对电极一般使用惰性贵金属材料如铂丝等, 以免在此表面发生化学反应,用于与工作 电极形成回路。
.
22
电化学工作站
.
17
电化学三电极系统
• 工作电极(Working electrode) • 参比电极(Reference electrode) • 对电极(Auxiliary electrode)
.
18
工作电极
滴汞电极(极谱法) 铂电极 金电极 碳电极 热解石墨(PG)
玻碳(GC) 碳糊 碳纤维
.
19
参比电极
.
9
电分析成为独立的方法学
• 三大定量关系的建立 1833年法拉第定律Q=nFM 1889年能斯特W.Nernst提出能斯特方程
1934年尤考维奇D.Ilkovic提出扩散电流方程 Id = kC
.
10
近代电分析方法
(1) 电极的发展:化学修饰电极、超微电极 (2) 多学科参与:生物电化学传感器 (3)与其他方法联用:光谱-电化学、HPLC-EC、
1753年,俄国著名电学家利赫曼为了验证
富兰克林的实验,不幸被雷电击死,这是
做电实验的第一个牺. 牲者。
4
电化学的发展史
1791年, 意大利伽伐尼的青蛙实验 (电化学的起1799年, 伏特堆 (伏特电池/原电池的雏形)
.
6
电化学的发展史
1807年, 戴维电解木灰(potash)和苏打(soda), 分别得到钾(potassium)和钠(sodium)元素

电化学原理5PPT课件

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• 几个接续进行的单元步骤达到稳态时,每个步骤的速度都相等,都等于最慢步骤
s t e p , R D S ) 的 速 度 。 这 个 控 制 着 整 个 电 极 过 程 速 度 的 单 元 步 骤 , 称 为 速 度 控 制 步 骤 。
• 若两步骤反应能力相差不大,则为混合控制 • 在一定条件下可以转化 • 并联进行的单元步骤快步骤是 • 其他步骤可认为处于热力学平衡
在电极上无外电流通过时,金属Ag与Ag+处于动
态平衡,在界面两相间Ag+的交换速度相等,即
Ag+还原速度
v
e
与Ag氧化速度
v
e
相等
ve ve
假定平衡时,Ag+的交换速度为1030/(s·m2);而当电 极上有外电流通过时,Ag+从溶液深处扩散到电极 表面附近的速度仅为1020/(s·m2)。
稳态下,电子转移步骤也应按液相传质步骤速度进 行,即
电极及各连接点的接触电阻:相对较小
R
溶液电阻:相对较大
3
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5.1.1 电极的极化 (polarization)
• 可逆电极:氧化还原反应速度相等,物 质交换和电荷交换平衡。
• 不可逆电解:电荷交换或物质交换不平 衡。
• 电极极化:电流通过电化学装置时,电
极的电极电位偏离其平衡值的现象称为
•(3)过电位(overpotential):电 极电位偏移量的绝对值。
•(4)极化曲线(polarization curve):电流与电极电位的关系 作图得出的曲线。
•(5)电解池的极化曲线
•(6)原电池的极化曲线
9
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10
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超微电极电化学

超微电极电化学

电极表面既有轴向扩散,又有“边缘效应”产生的径向扩散。
大面积平面电极的扩散
球电极上的扩散
微盘电极上的扩散
微环电极上的扩散
微半球电极上的扩散
非线性扩散的特点(有限圆盘电极)
二、超微电极的制备方法
超微电极的制备方法分为以下几种:
1.密封法:将极细的金属丝(如Pt、Ag)或碳纤维封入玻璃 电毛细管中,然后抛光露出盘形端面。 2.成型法:将低熔点金属(如In)灌入与金属粘附较强的玻 璃管中,再一起拉成毛细管。 3.沉积或涂层法:通过蒸发将金属沉积在毛细管内侧,然后 将毛细管在某处折断,或者在纤维上沉积或涂上一层金属,再 涂上一层合适的聚合物制成电极。 4.附着法:将液态金属(如汞、汞齐)直接电沉积在基体材 料上(如碳)而形成微球电极。
电极半径小,Cs低,时间常数远小于常规电极
表现为充电电流呈现快速衰减的现象。
例如:r0=510-4cm的超微电极,R=10k,比电容=100uF/cm2 RCs=0.78 10-6s
超微电极比常规电极更适用于各种暂态电化学方法
三、超微电极体系的i· R降
超微电极体系的电阻来源 电极自身的电阻(R1):比常规电极大得多 计算公式:R1= l / A 金属铂:长度1cm、直径10µ m,为3.4 ; 长度1cm、直径1µ m,为340 相对来说,绝对值不大。 主要来源! 电极表面附近溶液的电阻(Rs)—扩散层电阻 计算公式:Rs=s/4r0 溶剂电阻s较金属的比电阻大得多!
非线性扩散电流与线性扩散电流
以有限圆盘电极为例
线性扩散:垂直于电极表面方向的扩散称为线性扩散,产 生的电流为线性扩散电流;
非线性扩散:沿半径方向的扩散称为非线性扩散,产生的
电流为非线性扩散电流 电极尺寸的影响: 半径大:线性扩散为主 半径小:非线性扩散为主

超微电极电化学

超微电极电化学

超微电极电化学一、引言超微电极电化学是电化学的一个重要分支,主要的是在纳米和微米尺度上的电化学现象。

这个新兴领域的发展使我们有机会探索和理解在极限尺度上,电化学反应的动力学、反应机制、以及与材料性能的关系。

超微电极电化学不仅在基础科学研究上具有重要价值,也在能源储存与转化、环境科学、生物医学工程等应用领域中具有广泛的应用前景。

二、超微电极电化学的基本概念与技术超微电极电化学的主要研究工具是超微电极,它们具有极小的尺寸,可以探测和影响纳米尺度的物质变化。

超微电极的制作通常需要精密的制备技术和先进的材料科学知识。

常见的超微电极包括纳米线、纳米颗粒、纳米盘等。

在超微电极电化学实验中,通常需要使用特殊的电化学测量技术,如扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)、以及各种谱学方法如光谱电化学(SPE)和原位光谱技术等。

这些技术能够提供关于纳米尺度上电化学反应的详细信息,如反应动力学、反应机制、以及电极表面的物质传输和电荷转移过程。

三、超微电极电化学的应用1、能源储存与转化:超微电极电化学在能源储存和转化领域有广泛的应用,如锂离子电池、燃料电池、太阳能电池等。

通过使用超微电极,可以更深入地理解这些设备的电化学性能和反应机制,从而优化其性能。

2、环境科学:超微电极电化学可以用来研究环境中的污染物降解和转化,以及相关反应的动力学和机制。

例如,可以用来研究纳米级催化剂对污染物的光催化降解。

3、生物医学工程:在生物医学工程领域,超微电极电化学可以用来研究生物分子如DNA、蛋白质等的检测和识别,以及细胞的生长和凋亡等生物过程。

超微电极还可以用于药物输送和基因转染等应用。

四、展望未来的研究尽管超微电极电化学已经取得了显著的进步,但仍有许多挑战需要解决。

例如,我们还需要更深入地理解纳米尺度上的电化学反应机制,包括电荷转移过程、物质传输过程、以及相关的影响因素。

我们还需要开发更先进的测量技术和分析方法,以便更准确地描述和预测纳米尺度上的电化学行为。

z-第五章电化学

z-第五章电化学

Λ m Vm c
在相距为单位距离的两个平行电导电极之间,放 置含有1 mol电解质的溶液,这时溶液所具有的电导称 1 为摩尔电导率 Λ m ,单位为 S m2 mol。
电导和电导率的测定
Calculation of Molar Conductivity and Conductivity l 1 K cell 电导池常数 单位是 m 。 A 电导池常数可 用已知电导率的标 准溶液(常用KCl) 来测定。(可变电 容器以抵消电导池 中的电容)
当通电结束,阴、阳两极部溶液浓度相同,但比 原溶液各少离子的三倍, 3r,则正 离子导3mol电量,负离子导1mol电量。在假想的AA、 BB平面上有3mol正离子和1mol负离子逆向通过。
通电结束,阳极部正、负离子各少了3mol,阴极 部只各少了1mol,而中部溶液浓度仍保持不变。
第 五 章
Electrochemistry
发展历史
• 1600年Sir William Gilbert,观察到用毛 皮擦过的琥珀有吸引其它轻微物体的能 力,他把这种现象形容为“electric” • 1786年意大利解剖学家Luigi Galvani, 在解剖青蛙时发现,当手术刀触及到蛙 腿外露的神经时,蛙腿会剧烈地抽搐。 把蛙腿放在铁板上,用铁丝把蛙腿和铁 板相连时蛙腿也会抽搐。改用玻璃板和 玻璃棒后没用这种现象。认为这是生物 电现象。1791年发表了“关于电对肌肉 运动的作用 ”。

根据法拉第定律,当1mol电子的电量通 过电极时,电极上得失电子的物质的量也为 1mol(基本单元)。
法拉第常数
法拉第常数在数值上等于1 mol元电荷的电量。 已知元电荷电量为
1.6022 1019 C
F=L· e =6.022×1023 mol-1×1.6022×10-19 C

《物理化学》第五章(电化学)知识点汇总

《物理化学》第五章(电化学)知识点汇总

弱电解质: 电导率随浓度的变化不显著。
c/mol· dm-3
2. 摩尔电导率与浓度的关系 强电解质: 遵从科尔劳许经验关系:
m m (1 c )
m2· mol-1 Λ m/S·
HCl
NaOH AgNO3
Λ m -为极限摩尔电导率 弱电解质:
HAc
c /( mol dm )
3
$ RT aH 2 H / H ln 2 2 2 F aH

Cu
H
2
/ Cu

$ Cu 2 / Cu
aCu RT ln 2F aCu2

/ H2

$ H / H2
RT aH 2 ln 2 2 F aH
氧化态 ze 还原态
m Vm
m
1 Vm c
1mol 电解质


c
电导率

三、电导率、摩尔电导率与浓度的关系
1. 电导率与浓度的关系 强电解质: 浓度增加,电导率增加; 浓度增加到一定值后,低。 m-1 κ/S·
H2SO4
KOH NaOH NaCl HAc
2. 离子迁移数
定义:当电流通过电解质溶液时,某种离子迁移 的电量与通过溶液的总电量的比称为该离子的迁 移数。
Q r Q t = Q r r- Q Q-
Q t Q
Q- Q Q- -
r r r-
2. 摩尔电导率
是把含有1mol电解质的溶液置于相距1m的两个平行 电极之间,溶液所具有的电导。
( HCl ) ( NaAc ) m m m ( NaCl )
§5.4 溶液中电解质的活度和活度系数

《物理化学》第五章-电化学 ppt课件

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0.05
0.830 0.823 0.815 0.823 0.818 0.574 0.529 0.340 0.304 0.556 0.230 0.202
第五章 电化学
(Charper 5 Electrochemistry)
电化学:研究电子导体/离子导体(电解质溶液)和离子 导体/离子导体的界面结构、界面现象及其变化过程与 机理的科学。
应用:1、生命现象最基本的过程是电荷运动。生 物电的起因可归结为细胞膜内外两侧的电势差。
a: 细胞的代谢作用可以借用电化学中的燃料电池的 氧化和还原过程来模拟;
根据离子的无限稀释摩尔电导率 m.、m.,可以计
算弱电解质的
m
,也可以用强电解质的
m
计算弱
电解质的
m

m (HA )C m (H ) m (A)c m (H ) m (A)c m (C)l m (C)l m (N)a m (N)a
m (H)C lm (Na) A m (cNa ) Cl
(1)在电极上发生化学反应的物质的量与通入 的电量成正比;
(2)通入相同的电量时,在各个电极上发生反 应的物质的量相同。
n = Q/zF 或 Q = nzF
Q = nzF
Q — 通入的电量 n — 参加反应的物质的量 z — 电极反应式中的电子计量系数 F — 法拉第常数(1 mol元电荷所具有的电量) F = e×L = 1.6022×10-19 C ×6.0221×1023 mol-1
课堂练习
1、在一定温度和较小的浓度情况下,增大强电解质溶液的浓
度,则溶液的电导率κ与摩尔电导率 m的变化为( B)
A、κ增大,
增大
m
B、κ增大, 减m 少

《超微电极电化学》课件

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01
实验测量
通过实验测量电极反应过程中的电流、电压等参数,分析电极反应的动力学特征和机理。
02
理论计算
利用量子化学理论计算方法,模拟电极反应过程,预测反应机理和反应速率。
超微电极在能源领域的应用
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置,超微电极在燃料电池中主要用作催化剂载体和气体扩散层,提高电极反应效率和燃料利用率。
超微电极在其他领域的应用
生物医学领域:超微电极在生物医学领域的应用包括电化学生物传感器、药物传输系统和神经科学工具。它们能够检测生物分子、细胞和组织的电化学性质,为疾病诊断、药物开发和神经科学研究提供有力支持。
传感器领域
超微电极在传感器领域的应用包括气体传感器、湿度传感器和生物传感器等。由于超微电极具有高灵敏度和快速响应的特点,它们能够检测微小的变化,为环境监测、工业控制和医疗诊断等领域提供可靠的检测手段。
微生物燃料电池法
利用微生物在电极上产生电流,从而形成超微电极。该方法具有生物相容性好、环保等优点,但电流大小和稳定性有待提高。
超微电极电化学反应机理
电极反应速率
描述电极反应的快慢程度,主要受反应物质的传递和扩散、反应物质的活化以及反应物质的表面吸附等因素影响。
03
模型建立
根据实验数据和理论计算结果,建立电极反应的动力学模型,用于描述和预测电极反应过程。
废水中有机污染物是环境污染的重要来源之一,对其处理和净化是环境保护的重要任务。超微电极在废水中有机污染物的电化学处理方面发挥了重要作用。
通过电化学反应,超微电极能够将废水中的有机污染物转化为无害或低毒性的物质,降低其对环境的危害。该方法具有高效、环保、处理效果好等优点,在废水处理和环境治理中具有广泛应用前景。

电化学(课件PPT)

电化学(课件PPT)

通电
==
Cl2↑+Cu
一.电解原理
1.电解:
电流通过电解质溶液而在阴阳两极上发 生氧化还原反应的过程叫电解。
2、电解池
借助电流引起氧化还原反应的装置即把电 能转化为化学能的装置叫电解池或电解槽。
3、构成电解池的条件:
①电源 ②电极 ③闭合回路
4.电极
-
+
阳极: 与电源正极相连
阴极
阳极
阴极: 与电源负极相连
8.离子的放电顺序
(1)阳极:
若为活性电极,则是电极本身失电子变成离子进入溶液 若为惰性电极,则是溶液中的阴离子在阳极上放电
阴离子在阳极上的放电顺序(失e- )
S 2->I ->Br ->Cl ->OH -> 等含氧酸根离子(NO3-、SO42- ) >F-
(2)阴极:无论是活或惰性电极都是溶液的阳离子放电
11、学会学习的人,是非常幸福的人。——米南德 12、你们要学习思考,然后再来写作。——布瓦罗14、许多年轻人在学习音乐时学会了爱。——莱杰
15、学习是劳动,是充满思想的劳动。——乌申斯基 16、我们一定要给自己提出这样的任务:第一,学习,第二是学习,第三还是学习。——列宁 17、学习的敌人是自己的满足,要认真学习一点东西,必须从不自满开始。对自己,“学而不厌”,对人家,“诲人不倦”,我们应取这种态度。——毛泽东
电化学
复习:
1、请每位同学自己设计一组原电池装置图,注
明电极名称、所用材料、电子流动方向,写出
电极反应式. 2、下列装置是原电池的是,实验会产生什么现象? 构成原电池的条件是什么?能量如何转化?
形成条件
①活性不同的两极
条 件

微电极及其传感应用ppt课件

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Wu等将Pt纳米粒子修饰到超微碳纤维电极 (Pt/CFUME)外表,再以辣根过氧化酶(HRP)为 酶底,研制了对安培检测H2O2具有较好电催 化复原呼应的生物传感器,对H2O2检出限为 0.35μmol/L(S/N=3)。
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Zhu等经过电聚合制备了基于多层叉指型超微 阵列电极的吡咯-葡萄糖氧化酶(PPy /GOx)生物 传感器,灵敏度达13.4nA /(mmol /L)。
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电化学循环伏安法(cyclic voltammetry, CV )对 不同基底资料制备的葡萄糖氧化酶传感器特 性进展表征和比对
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设定电压0.6V,对A、B、C型纳米铂掺杂聚苯 胺薄膜葡萄糖传感器进展葡萄糖浓度测试, 该实验对0mmol/L、4mmol/L、8mmol/L、 12mmol/L四个浓度的葡萄糖浓度溶液进展呼 应测试
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微电极的制造
微电极的制备直接影响着电化学分析测 试的分辨率、灵敏性、准确性和可反复性, 从而制约和限制着超微电极电化学学科领域 的开展。关于超微电极的详细制备方法在专 著和文献中已有报道。为此着重引见目前实 验室中常用的超微圆盘电极、超微阵列电极 两类的制备及其化学修饰。
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超微盘电极
超微圆盘电极的构造和制备较其它超微 电极相对简单,早期采用熔焊法、胶粘法两 种进展制备。组合式超微圆盘电极的制备直 接运用了胶粘法,包括两个步骤:1.将铂、金、 碳的超微金属丝仔细地等距陈列在绝缘体外 表,并用环氧树脂等粘合剂进展固定并胶合; 2.待固化后,一端进展研磨、机械抛光处置以 作电极外表,另一端用金属导列电极生物传 感器,对直接培育在微阵列电极外表的人体 脐静脉内皮细胞(HUVEC)进展了测试,其阻抗 分布在12.5kHz~500kHz高频范围内,得到电动 共振频率和共振电容值分别为52.5 kHz和25F /cm2。

《超微电极电化学》课件

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于10微米的电极 - 具有高灵敏度和高空间分辨率
超微电极电化学原理
- 电化学反应发生在电极表面 - 超微电极有效表面积小,电极电流密度大 - 极化曲线与传统电化学电极不同
超微电极的应用
- 生物传感器 - 药效学研究 - 环境检测
超微电极电化学的优缺点
优点: - 高空间分辨率 - 高选择性 - 无需加速器 缺点: - 只能测试微小的电化学反应 - 易受到干扰 - 性能依赖于表面形态
结论
- 超微电极电化学是电化学研究的重要分支 - 其可以应用于生物、医药、环境等领域 - 研究人员需要认真分析超微电极实验结果并充分考虑其优缺点
超微电极电化学
# 超微电极电化学 超微电极是直径小于10微米的电极,具有高灵敏度和高空间分辨率。 超微电极电化学原理:电化学反应发生在电极表面,超微电极的有效表面积小,电极电流密度大。 超微电极有广泛的应用,如生物传感器、药效学研究和环境检测。 优点包括高空间分辨率、高选择性和无需加速器,但存在一些缺点,如只能测试微小的电化学反应,易 受到干扰,性能依赖于表面形态。 在研究超微电极实验结果时,研究人员需要充分认识其优缺点。
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