有机物电解合成共64页
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《电解合成》专业课课件
通过电解硫酸铜溶液，在阴极上沉积出金属铜。
铝的电解合成
利用电解氧化铝的方法，在阴极上获得金属铝。
3
镁的电解合成
通过电解熔融氯化镁，在阴极上获得金属镁。
有机化合物的电解合成
乙炔的电解合成
在加压条件下，电解食盐和 氢氧化钙的混合溶液，生成 乙炔和氢气。
甲醇的电解合成
通过电解甲醇水溶液，获得 甲醇和氢气。
电解合成是一种高效、环保的化学合成方法，具有操作简便、能耗低、产物纯度 高、副产物少等优点。
电解合成的历史与发展
01
电解合成起源于19世纪初，随着 工业革命的发展，电解合成逐渐 成为一种重要的化学合成方法。
02
近年来，随着环保意识的提高和 新能源技术的不断发展，电解合 成技术也在不断创新和完善，应 用领域不断扩大。
苯的电解合成
在特定条件下，电解重氢水 或重氢甲醇，生成苯和氢气 。
无机化合物的电解合成
氯碱工业
硝酸的电解合成
通过电解食盐水溶液，获得烧碱、氯 气和氢气。
通过电解硝酸盐或亚硝酸盐，获得硝 酸和氧气。
硫酸的电解合成
通过电解硫酸盐或硫氧化物，获得硫 酸和氧气。
05
电解合成的发展趋势与挑战
提高电解合成的效率
电解合成过程智能化
利用人工智能和大数据技术，实现电解合成过程的智能化 控制和优化。
06
参考文献
参考文献
电解合成原理是利用电解反应将电能转化为化学能，使电解质中的阴阳离子在电场作用下分别向两极 移动，并在电极上发生氧化还原反应，从而合成有机物或无机物。
电解合成的优点包括反应条件温和、操作简便、易于控制、产物纯度高、适用范围广等。
素有关。
电解过程中可能存在多种副反 应和产物，需要深入研究反应 机理，以实现高效、绿色的电
铝的电解合成
利用电解氧化铝的方法，在阴极上获得金属铝。
3
镁的电解合成
通过电解熔融氯化镁，在阴极上获得金属镁。
有机化合物的电解合成
乙炔的电解合成
在加压条件下，电解食盐和 氢氧化钙的混合溶液，生成 乙炔和氢气。
甲醇的电解合成
通过电解甲醇水溶液，获得 甲醇和氢气。
电解合成是一种高效、环保的化学合成方法，具有操作简便、能耗低、产物纯度 高、副产物少等优点。
电解合成的历史与发展
01
电解合成起源于19世纪初，随着 工业革命的发展，电解合成逐渐 成为一种重要的化学合成方法。
02
近年来，随着环保意识的提高和 新能源技术的不断发展，电解合 成技术也在不断创新和完善，应 用领域不断扩大。
苯的电解合成
在特定条件下，电解重氢水 或重氢甲醇，生成苯和氢气 。
无机化合物的电解合成
氯碱工业
硝酸的电解合成
通过电解食盐水溶液，获得烧碱、氯 气和氢气。
通过电解硝酸盐或亚硝酸盐，获得硝 酸和氧气。
硫酸的电解合成
通过电解硫酸盐或硫氧化物，获得硫 酸和氧气。
05
电解合成的发展趋势与挑战
提高电解合成的效率
电解合成过程智能化
利用人工智能和大数据技术，实现电解合成过程的智能化 控制和优化。
06
参考文献
参考文献
电解合成原理是利用电解反应将电能转化为化学能，使电解质中的阴阳离子在电场作用下分别向两极 移动，并在电极上发生氧化还原反应，从而合成有机物或无机物。
电解合成的优点包括反应条件温和、操作简便、易于控制、产物纯度高、适用范围广等。
素有关。
电解过程中可能存在多种副反 应和产物，需要深入研究反应 机理，以实现高效、绿色的电
电解有机合成技术介绍课件
应来合成有机化合物的技术。
02
反应过程中，有机化合物在电极表面发
生电化学反应，生成新的有机化合物。
03
反应过程中，电子的转移和离子的迁
移是反应的关键步骤。
04
电解有机合成技术可以应用于多种有机
化合物的合成，如药物、农药、香料等。
电解有机合成技术的影响因素
01
电解质浓度：影响电解 反应速率和产物选择性
其原理是通过电解有机化合物，使其发生化学反应， 生成新的有机化合物。
电解有机合成技术具有高效、环保、节能等优点， 广泛应用于有机合成、药物合成、材料合成等领域。
电解有机合成技术已成为有机合成领域的重要研究 方向之一。
电解有机合成技术的应用领域
药物合成：用于制备 药物中间体和活性成 分
材料科学：用于制备 新型材料，如高分子 材料、纳米材料等
环境科学：用于废水处 理和污染物降解
04
05
06
能源科学：用于制备新 型能源材料和储能设备
食品科学：用于食品添 加剂和营养成分的制备
生物技术：用于生物大 分子的合成和修饰
电解有机合成技术的未来研究方向
绿色化学： 研究更加环 保、节能、 高效的电解 有机合成方 法
生物催化： 利用生物酶 催化有机合 成反应，提 高反应效率 和选择性
能源领域：用于制备 新能源材料，如燃料 电池、太阳能电池等
精细化工：用于制备 精细化学品，如染料、 香料、农药等
环境保护：用于废水 处理、废气治理等环 境治理领域
生物技术：用于制备 生物活性物质，如酶、 蛋白质等
电解有机合成技术的优势
1
高效性：电解有机 合成技术可以大大 提高化学反应的效 率，缩短反应时间。
有机物的电解合成
有机电合成的若干发展方向
• 随着电解槽、电极、隔膜等新材料的开发，利用电解合成化学品的 开发研究更加活跃。近十年来国内外主要研究动向有： • 1. 发展电解中特有的反应 • 例如己二睛的电解还原合成等，反应选择性高，有竞争力并已工业 化。 • 2. 发展能缩短工艺过程的有机电合成 • 例如，对氨基苯甲醚的合成： • 采用化学合成，需三步工艺如下：
有机电合成的主要类型
• 按电极反应在整个有机合成过程中的作用及地位，可将有机电合成分 为两大类； • • (1) 直接有机电合成 有机合成反应直接在电极表面完成。 (2) 间接有机电合成 有机物的氧化(或还原)反应，仍采用氧化剂(或 还原剂)，用传统的化学方法进行。但氧化剂(或还原剂)在反应后以电 化学方法(电解氧化成电解还原 )再生后反复使用。间接有机电合成只 限于有机物的氧化成还原。
实现了工业化，研究品种日益增多，与世界先进水平的差距逐步缩小。
“原子经济性”
• 面对环境、 能源、 资源与可持续发展等问题日益峻的形势，绿色化学 已经提到了议事日程。绿色化学要求合成反应应当符合 “ 原子经济 性” ，应最大限度地利用原料分子的每个原子，使之结合到目标分子 中，达到零排放。 • 有机电合成就完全符合 “原子经济性”要求，它是把电子作为试剂(世 界上最清洁的试剂 )，通过电子得失来实现有机化合物合成的一种新技 以“ 原子经济性 ”为目的额定绿色合成将成为这一前沿学科的重要分 支之一。 • 从本质来说 ,有机电合成很有可能会消除传统有机合成产生环境污染的 根源。
电解 2＋ Zn Zn 氧化 O 2 N - Ph - COOH 6H NH2 - Ph - COOH 2H2O
• 其电流效率约为80％，比直接法高得多。 • (2) 间接电氧化：例如，甲苯的氧化可停留在苯甲醛的阶段：
06有机物的电解制备
乙烯氧化制乙醛的燃料电池
如图,乙烯和水蒸气通入阳极，在钯黑阳极 上发生氧化反应生成乙醛。氧气通入阴极， 在钯黑阴极上接受电子并与H+结合生成水。 阴、阳两极用石棉片或玻璃纤维片隔开， 两极之间充满85％的磷酸溶液作为电解液。 该装置可以产生电流，对外电阻提供电能， 同时生产乙醛。
乙烯氧化制乙醛的燃料电池示意图
有机电合成也可以采用三维的填料式或流 化床电极来解决这个问题，使得有机电合 成工艺可以有机催化合成相竞争。
7．利用修饰电极的有机电合成
用无机物、有机物或高分子化合物来修饰 电极表面，通过改变电极/溶液界面的特性 来改变电极的性能，降低电合成反应的超 电势，提高反应的速率和效率； 同时修饰电极在有机合成中还可提高电合 成的选择性，合成出手性化合物等新的化 合物。
6.3 己二腈的电解合成
己二腈是制备Nylon66的原料。首先由己二 腈生产己二酸和己二胺，反应如下：
再由己二酸和己二胺经缩聚反应制得 Nylon66。反应式为：
所以要研究己二腈的制备。
1．传统的己二腈化学合成路线
(1) 从环己烷出发的合成路线：
（2）从丁烯出发的合成路线 这两个路线的缺点是污染和损耗大。
随着新电极材料、新型电解掖、混合相电解、 离子交换膜等方面所取得的显著进步，使得 用电合成方法生产许多有机化合物已有了可 能。
有机电合成技术的工业化，一般要解决传质、 隔膜寿命和电极活性等问题，还要能设计出 多功能的定型电解槽。
最普通的两种电化学过程是恒电流过程和恒 电势过程。
恒电流过程更容易实行，更易于工业放大， 且不要特殊的恒电位设备。
有机电合成生产的要求： (1)高的产物得率； (2)电流效率＞50％； (3)能耗(电解)＜8kW.h/Kg最终产物； (4)电解液中最终产物的浓度＞10％； (5)电极寿命＞1000h； (6)膜寿命＞2000 h； (7)最终产物能简单分离； (8)电解液经简单处理即可再循环使用。
有机物的电解合成64页PPT
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起的电解合成
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起的电解合成
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
有机电合成ppt课件
2e
+
N O 2e
N H O H
N H
N H 2 + 2H
O H
Page 17
O H
O
O H
电化学催化
电化学催化：
不直接参加电极反应的电极，对电化学反应速度及反应 机理有重要影响。既可以由电极本身产生，也可以化剂的要求：
①高的电催化活性 ②稳定、耐腐蚀，具有一定的机强度和使用寿命。 ③良好的选择性。 ④良好的导电性。 ⑤易加工制备，成本低。
电极
电 极 表 面 区溶 液 本 体 脱附 化学反 传 应 质 吸附
O Os s -电 子 传 递 n e R s
传质
O b n e
O'
O s
O b
-电 子 传 递
O' ads R' ads
传质
R b
脱附 传 质 化学反 应 吸 附R' R R
s
b
简单反应
复杂反应
Page 16
（1）CE机理：
能量 增加吸附反而不利，因为活化能由 Eb提高到Eb'，使反应速度降低。 H2 M H H
+
Eb Eb' H2
Page 20
Ea Ea'
M
H
H
+
反应历程
影响电化学催化活性的因素：
①能量因素：电极对电极反应活化能的影响；
②空间因素：反应粒子与电极表面具有一定的空间对应关系；
③表面因素：电极的比表面和表面状态，如表面缺陷的性质、浓度。
指先发生化学反应，后发生电子传递反应。如： CH2(OH)2 = CH2O + H2O
CH2O＋e－＋H＋CH3OH
+
N O 2e
N H O H
N H
N H 2 + 2H
O H
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O H
O
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电化学催化
电化学催化：
不直接参加电极反应的电极，对电化学反应速度及反应 机理有重要影响。既可以由电极本身产生，也可以化剂的要求：
①高的电催化活性 ②稳定、耐腐蚀，具有一定的机强度和使用寿命。 ③良好的选择性。 ④良好的导电性。 ⑤易加工制备，成本低。
电极
电 极 表 面 区溶 液 本 体 脱附 化学反 传 应 质 吸附
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传质
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简单反应
复杂反应
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（1）CE机理：
能量 增加吸附反而不利，因为活化能由 Eb提高到Eb'，使反应速度降低。 H2 M H H
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反应历程
影响电化学催化活性的因素：
①能量因素：电极对电极反应活化能的影响；
②空间因素：反应粒子与电极表面具有一定的空间对应关系；
③表面因素：电极的比表面和表面状态，如表面缺陷的性质、浓度。
指先发生化学反应，后发生电子传递反应。如： CH2(OH)2 = CH2O + H2O
CH2O＋e－＋H＋CH3OH
电化学有机合成ppt课件
表征： 当同一电极反应在不同电极上进行时，相同电流密度下，过电位
较低的电极材料具有较高的电催化活性。 例如下图中，曲线2，3斜率相同，由于i03> i02，所以反应3比反
应2的电催化活性高。但曲线1，2斜率不同，当η<ηp时，反应2比反应 1的活性高；而当η>ηp时，反应1的活性大于反应2的活性。
电合成反应过程和机理
电 极 电 极 表 面溶区液 本 体
电极
电极表面区 溶液本体
Oss
Ob
传质
ne-电 子 传 递
脱
附
O'
化
Os Ob
学 反传应质
吸附
ne-电 子 传 递 Oa'ds
传质
Rs
Rb
Ra' ds
吸
脱附
附R化'
学 反传应质
Rs Rb
简单反应
复杂反应
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
NH2 OH
Ni
NH2
HCl/EtOH
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
5．含硫化合物的电还原
H OOCCHCH 2S
公司或国家 Mansanto
BASF India 中国,India 中国 UK,中国 BASF Diamond BASF 中国 Atlas India CIBA Canada
较低的电极材料具有较高的电催化活性。 例如下图中，曲线2，3斜率相同，由于i03> i02，所以反应3比反
应2的电催化活性高。但曲线1，2斜率不同，当η<ηp时，反应2比反应 1的活性高；而当η>ηp时，反应1的活性大于反应2的活性。
电合成反应过程和机理
电 极 电 极 表 面溶区液 本 体
电极
电极表面区 溶液本体
Oss
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ne-电 子 传 递
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学 反传应质
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学 反传应质
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简单反应
复杂反应
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
NH2 OH
Ni
NH2
HCl/EtOH
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
5．含硫化合物的电还原
H OOCCHCH 2S
公司或国家 Mansanto
BASF India 中国,India 中国 UK,中国 BASF Diamond BASF 中国 Atlas India CIBA Canada
06章 有机物的电解合成
阳极区获得的苯醌进入阴极区， 在阴极上还原为苯二醌
■ 氧化阶段在20%硫酸溶液中进行。苯 在硫酸溶液中的溶解度不大，强烈 搅拌下进行，以达到苯的乳化。 ■ 含1%银的铅合金作阳极。
■ 阳极液在电极间区域的流动速度应 不低于0.08 m· -1， S ■ 电极间空隙约为2mm，电极高度为1 mm，与阳极液的接触时间为1.2 s。 ■ 电流密度为4.0 kA· -2，苯醌在阳极 m 氧化物中含量约为3%。
I. 从环己烷出发：
II. 从丁烯出发
2、电解合成法原理
存在的副反应
反应机理
电解方法
• (1)、电解液
• (2)、电解槽:电解槽为压滤式，结构比较复杂， 工作原理如下图示。阳极采用PbO2/AgO，阳极 液是5% H2SO4，在其上进行放氧反应。阴极电 势-1.75V，为了尽量减少氢气的析出，选用高 超电势的Pb作负极。隔膜为阳离子渗透膜。槽 电压为11.9V
■ 氟的高活泼性和毒性，一般化学方 法很难实现全氟化，电化学氟化可 以比较容易实现
3M公司主要产品
■ FC75
■ FC43 全氟化三丁基铵
FC75和FC45的主要物理性质
电氟化过程的基本特征
■ 反应在较低的温度-10℃～25℃下进行，可以 保留某些官能团，如-COF，-SO2F等 ■ 最好的阳极材料是镍，要求纯度>99.9% ■ 电解过程无游离态F2放出 ■ 与大多数电解过程相比，本过程进行的速度是 慢的，最大可用电流密度很小，一般在200～ 300mA· -2。 m ■ 当使用新电极时，会出现诱导期，此期间即使 在低电势下也有游离F2放出。
合成四乙基铅的电解槽
6.5 糖精
1. 传统的化学氧化法
氧化法缺点
精细有机合成技术：电解有机合成技术
感谢观看
精细有机合成技术 邹静
电解有机合成技术
目
反应原理
Contents
录
1
2
3
电解反应全过程 电解反应的应用
Hale Waihona Puke 解有机合成技术• 1834年，法国化学家法拉第在实验室进行了首次有机电 合成反应——电解乙酸钠溶液制取乙烷。
• 20世纪60年代，现代有机电合成工业开始发展——以电 合成己二腈和四乙基铅的工业化为标志。
电解反应是由电化学过程、物理过程和化学过程等许 多步骤组成的。例如，图2-13是丙烯腈电解加氢二聚制己 二腈的全过程。 （1）底物S（CH2= CHCN）在电解液中通过扩散和泳动 到达阴极表面； （2）在阴极表面发生吸附形成S吸；
（3）S吸与电极之间产生电子转移，生成Ⅰ ’吸（即 C(·)H2— C(··)HCN），属电化学过程；
• 电解有机合成，也称有机电化学合成，它是用电化学技 术和方法研究有机化合物合成的一门新型学科。
1．反应原理
➢电解有机合成可分为直接法、间接法和成对法三种 类型。 ➢直接法是直接利用电解槽中的阳极或阴极完成特定 的有机反应。 ➢间接法是由可变价金属离子盐的水溶液电解得到所 需的氧化剂或还原剂，在另一反应器中完成底物的氧 化或还原反应，用过的无机盐水溶液送回电解槽使又 转化成氧化剂或还原剂。
➢ 成对法则是将阳极和阴极同时利用起来。例如，苯先 在阳极被氧化成对苯醌，再在阴极还原为对苯二酚。
单极性电解槽
隔膜：离子选择透过性膜、非选择透过性膜
双极性电解槽
➢从理论上讲，任何一种可用化学试剂完成的氧化或还原 反应，都可以用电解方法实现。在电解槽的阳极进行氧化 过程。绝大多数有机化合物并不能电离，因此，氧化剂主 要来源于水中的OH－，它在阳极失去一个电子形成·OH， 然后进一步形成过氧化氢或是释出原子氧。
电解合成知识介绍PPT
电极电位与电极反应各组分浓度间关系的能斯特公式；
4
第四页，课件共98页
1905年塔菲尔（Tafel）测定了在各种金属上析氢的电化学反
应速率，确定了电流密度与氢过电位关系，提出了电化学动 力学的第一个定律--塔菲尔公式。
1923年，Debye-Hückel的电解质溶液理论， 1924 年 Stern 构 建 的 双 电 层 模 型 ， 1930 年 前 后 提 出 了 Butler －
令阳离子、阴离子的迁移数分别为t+和t-，则 t＋＋t－＝1
迁移数是可以测定的。测定迁移数的方法有希托夫（Hittorf）
法、界面移动法、电池电动势法等。当溶液中存在多种离子时，
所有离子的迁移数之和应为1，即
18
第十八页，课件共98页
（4） 活度和活度系数
对于强电解质溶液，即使浓度相当稀时，离子之间仍存在较强的 相互作用，所以与理想溶液的行为相比都有不同程度的偏离，通常 用表观浓度--活度，来代替浓度。
23
3 电化学动力学
电极反应作为一种界面反应，是直接在“电极/溶液”界面上 实现的。“电极/溶液”界面性质对电极反应的动力学行为有很大
影响。
“化学因素”
“电极/溶液”界面
对电极反应动力学 性质的影响因素
“电场因素”
电极材料的化学性质与 表面状态。
“电极/溶液”界面
上的电场强度
第二十四页，课件共98页
电解合成知识介绍PPT
第一页，课件共98页
1
目录
1 电解合成的发展 2 电解合成的原理 3 电解合成工艺 4 水溶液电解和融盐电解
5 电解合成在材料制备中的应用
2
第二页，课件共98页
3.1 电解合成的发展
4
第四页，课件共98页
1905年塔菲尔（Tafel）测定了在各种金属上析氢的电化学反
应速率，确定了电流密度与氢过电位关系，提出了电化学动 力学的第一个定律--塔菲尔公式。
1923年，Debye-Hückel的电解质溶液理论， 1924 年 Stern 构 建 的 双 电 层 模 型 ， 1930 年 前 后 提 出 了 Butler －
令阳离子、阴离子的迁移数分别为t+和t-，则 t＋＋t－＝1
迁移数是可以测定的。测定迁移数的方法有希托夫（Hittorf）
法、界面移动法、电池电动势法等。当溶液中存在多种离子时，
所有离子的迁移数之和应为1，即
18
第十八页，课件共98页
（4） 活度和活度系数
对于强电解质溶液，即使浓度相当稀时，离子之间仍存在较强的 相互作用，所以与理想溶液的行为相比都有不同程度的偏离，通常 用表观浓度--活度，来代替浓度。
23
3 电化学动力学
电极反应作为一种界面反应，是直接在“电极/溶液”界面上 实现的。“电极/溶液”界面性质对电极反应的动力学行为有很大
影响。
“化学因素”
“电极/溶液”界面
对电极反应动力学 性质的影响因素
“电场因素”
电极材料的化学性质与 表面状态。
“电极/溶液”界面
上的电场强度
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电解合成知识介绍PPT
第一页，课件共98页
1
目录
1 电解合成的发展 2 电解合成的原理 3 电解合成工艺 4 水溶液电解和融盐电解
5 电解合成在材料制备中的应用
2
第二页，课件共98页
3.1 电解合成的发展