现代电化学 1 . 3 半导体 溶液界面区

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半导体电化学

半导体电化学

第一章 半导体电化学 第一节 氧化物半导体一、 半导体中的能带及载流子孤立原子中的电子受热激发可能从价电子能级跳到激发态最低能级以上的某个能级,对半导体而言价带中的电子热激发可能到达导带成为可自由移动的载流子,同时价带中生成一个空穴。

通常的半导体材料Si,Ge 的禁带宽度约为1.0eV 。

Si,Ge 是共价化物,原子之间的化学键是共价键。

氧化物半导体原子之间的化学键除有共价键的成分外还有较强的离子键成分。

离子键的键能大于共价键的键能,因此若使氧化物半导体价带中的电子激发到导带需要更多的能量。

换句话说,氧化物半导体的禁带宽度要比通常的半导体宽。

二、 氧化物半导体1) 氧化物半导体的特点由于目前还得不到高纯度完整的晶体,对它的研究不如对Si,Ge 研究的透彻。

与Si,Ge 相比,氧化物半导体有如下的特点:(a )有较强的离子键成份;(b )出现偏离化学比的问题,化学比问题与化合物半导体的缺陷密切相关;(c )氧化物半导体材料都是多晶材料,因此必须考虑晶粒间界的作用。

2) 氧化物半导体中的缺陷热平衡缺陷—完整晶格中一个或少数几个原子的规律被破坏。

如空位、间隙原子、代位原子。

产生热平衡缺陷需要的能量较少。

随着温度的升高热平衡缺陷也增多。

只有当温度为0度K 时,热平衡缺陷的浓度趋于零。

位错—在较大的范围内原子的规则排列被破坏。

形成位错需要较多的能量,热激发是产生不了的。

位错与化学比无关,但是它影响密度。

3) 空位空位指晶格中某些格点缺少了原子或离子,换句话说一个原子从格点处跑开了,便留下一个空位。

M 代表正电性强的元素X 代表负电性强的元素; V M 表示M 格点空位;V X 表示X 格点空位,示于下图空位对化合物半导体导电的贡献如何?他们起施主的作用还是起受主的作用?对于离子性很强的化合物半导体—氧化物半导体,一般认为有如下规律:正离子空位V M 是受主,负离子空位V X 是施主。

V X V MM X M X M X M X X M M X M X MM X M X M X X设:MX 中的M 为正二价的离子X 为负二价的离子。

电化学学科发展趋势

电化学学科发展趋势

电化学学科进展趋势当代电化学进展有三个特点:(1)争论的具体体系大为扩展,从局限于汞、固体金属和碳电极,扩大到很多材料〔例如氧化物、有机聚合物导体、半导体、固相嵌入型材料、酶、膜、生膜等等〕,并以各种分子、离子、基团对电极外表进展修饰,对其内部进展嵌入或掺杂;从水溶液介质,扩大到非水介质〔有机溶剂、熔盐、固体电解质等〕;从常温常压扩大到高温高压及超临界状态等极端条件。

(2)处理方法和理论模型开头深入到分子水平。

(3)试验技术快速提高创。

以电信号为鼓励和检测手段的传统电化学争论方法持续朝提高检测灵敏度,适应各种极端条件及各种的数学处理的方向进展。

与此同时,多种分子水平争论电化学体系的原位谱学电化学技术,在突破电极—溶液界面的特别困难之后,快速地创立和进展。

非原位外表物理技术正得以充分的应用,并朝着力求照实地表征电化学体系的方向进展。

计算机数字模拟技术和微机实时掌握技术在电化学中的应用也正在快速、广泛地开展。

〔一〕界面电化学70 年月以前的电化学主要是宏观的、唯象的。

自70 年月以来,电化学正逐步深入到电化学界面分子行为的争论。

界面电化学,即电化学界面微观构造,电化学界面吸附,电化学界面动力学和理论界面电化学,构成了电化学的根底。

1.电化学界面微观构造电化学界面区存在双电层。

已提出的双电层模型根本上是唯象的。

其中格来亨〔D.C.Grahame〕修正的 GCGS〔古依—查普曼—格来亨—史特仑,Gouy—Chapman-Grahame-Stern〕模型,即双电层由严密层和分散层构成,是现代双电层理论的根底。

60 年月以来双电层争论中重视了界面区溶剂分子层的争论,较有代表性的有 BDM〔北克瑞斯—德文震—缪勒,Bockris-Devanathan-Müller〕模型。

迄今为止,争论得比较具体的电化学界面,首先是金属—电解质溶液界面,其次是半导体—电解质溶液界面。

反映界面构造的电化学参数的试验数据根本上来自传统的电化学争论技术,缺乏界面构造分子水平的信息。

应用电化学-1-3-双电层

应用电化学-1-3-双电层
1.3 非法拉第过程及电极/溶液界面的性能
法拉第过程:电极上发生氧化还原反应(电极反应)并
伴随电子在金属-溶液界面间转移(跃迁)的过程。这一过
程遵守法拉第定律,即:因电流通过而引起的化学反应的量 与所通过的电量成正比。 电极反应导致的电流 —法拉第电流
O ne R

Q It n zF zF
零电荷电势
滴汞电极在不同无机盐溶 液中的微分电容曲线
滴汞电极在不同浓度KCl溶 液中的微分电容曲线
dq Cd d
dq Cd d
已知:q = 0时, = 0, 以此为边界条件进行积分, 可得:
q 0 Cd d

电极电势为时的q值相当 于图中的阴影部分。 求q 值时,微分电容法比毛细曲 线法相比更为精确和灵敏。电毛 细曲线的直接测量只能在液态金 属电极上进行,而微分电容法测 量还可以在固体电极上直接进行。
溶液
在恒温、恒压下:
Ad ni d i 0
ni d d i 0 A ni i — i 物种的界面吸附量(mol/cm2) A
d i d i 0
— Gibbs吸附等温式
一般情况下,不带电的固相中没有可以自由移动 而在界面吸附的粒子,因而对固/液界面,化学势一 项只需要考虑液相中的吸附粒子。但对电极电势可变
d 0, d j i 0
一定电极电势时 i 的i离子表面剩余 i , ji 量(mol/cm2)
具体求解离子表面剩余量的步骤: (1)测量不同浓度电解质溶液的电毛细曲线 (2)从各条电毛细曲线上取同一相对电势下的值,作出 -lna关系曲线 (3)根据 -lna关系曲线,求出某一浓度下的斜率 ln a

现代电化学-第1章电化学基础

现代电化学-第1章电化学基础
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身边的电化学
手机、计算器、手提电脑、照相机、摄像机等的电池,汽车的蓄电池,燃料电池-化学电源,利用电化学原理制备的电化学品

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煤气(CO)报警器,交警检测司机喝酒量的检测 器,糖尿病人监测血液中葡萄糖含量的检测仪-电 化学传感器 钢铁厂、纺织厂、化工厂、制药厂以及矿山 等排放废水中氰、砷的处理;生活污水,造纸 厂、印染厂、食品及酿酒厂废水中有机耗氧物的 处理,医院污水中病菌、病毒和寄生虫卵等致病 微生物的处理-环境电化学
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材料科学与化学工程学院 王贵领
现代电化学
参考资料
电化学方法:原理和应用(第二版):巴德等,2005
电化学原理(修订版)或(第三版)李荻
电极过程动力学导论(第三版),查全性,2002
*
第1章:电化学基础
1.1 什么是电化学
电化学是研究化学能和电能之间相互转化以及相关的 定律和规则的科学。 电化学是研究离子导体的物理化学性质以及电子导体 (金属、半导体)和离子导体(电解质溶液、熔盐、固 体电解质)之间的界面上所发生的各种伴有电现象的反 应过程的科学。
38岁的男子在一次袭击中脑部受伤,6年来,他的肢体一直没有做出过任何有意义的动作,美国韦尔-康奈尔医学院的尼古拉斯·希夫博士领导的研究小组在该男子的脑中植入了数个电极,通过开、关电极来进行一种深度脑刺激治疗,经过6个月治疗,他已经可以用短促但能听得见的声音讲话。
电化学在生物和医学中应用的突破
1.3 电化学基础
中国此次行动其实是为了寻找公海资源,而美国等媒体主要也是因为自己“没抢着”才有了对中国的这番横加指责。
对于国际公海中的资产其实是“谁先占到谁就拥有开采权”,形象地说,中国这次就是“家长为孩子找食儿”的行为,是为“80后”、“90后”开发寻找新资源矿产的行为。

化工专业《电池原理及制造技术》教学大纲

化工专业《电池原理及制造技术》教学大纲

《电池原理及制造技术》教学大纲课程编码:0412102402课程名称:电池原理及制造技术学时/学分:32/2先修课程:《物理化学》、《化工原理》适用专业:化学工程与工艺开课教研室:化工教研室一、课程性质与任务1.课程性质:本课程是化学工程与工艺专业的专业选修课。

2.课程任务:本课程主要介绍化学电源的基本原理、种类、设计方法和电化学测试方法。

本课程为学生从事电池设计、生产、性能测试、管理和技术革新提供必要的专业知识,为学生毕业后从事电化学领域的工作奠定基础。

二、课程教学基本要求本课程在知识方面应提供构建电化学专业工程师所必须具备的电化学及电池设计、生产、性能测试和管理相关的理论知识;在能力方面,培养学生的自学能力,形成科学的逻辑思维方法,以提高综合分析问题、解决问题的能力;在技能方面,学生应具有分析电池生产和性能测试中出现问题及解决问题的能力,能解决电池生产和性能测试中出现的一般问题。

成绩考核形式:期末成绩(闭卷考试)(70%)+平时成绩(作业、期中考试等)(30%)。

成绩评定采用百分制,60分为及格。

三、课程教学内容第一章化学电源概论1.教学基本要求了解本课程的内容、性质和任务;掌握化学电源的组成;掌握化学电源的工作原理;掌握化学电源的各种电压参数;掌握化学电源的容量与比容量。

2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章教学,使学生掌握化学电源的组成、工作原理及表示化学电源性能的参数,如电压参数、容量参数等。

3.教学重点和难点教学重点是电极类型、结构及高能电池工作原理,电池的容量与比容量。

教学难点是电极类型及结构。

4.教学内容(1)化学电源的组成主要知识点:电极类型及结构;电极粘结剂;化学电源用隔膜;封口剂;电池组。

(2)化学电源的工作原理主要知识点:一次电池工作原理;高能电池工作原理。

(3)化学电源的性能主要知识点:原电池电动势;电池内阻;开路电压和工作电压;电池的容量与比容量;电池的能量与比能量;电池的功率与比功率;贮存性能与自放电;电池寿命。

电池原理及制造技术(可编辑)

电池原理及制造技术(可编辑)

电池原理及制造技术[General Information] 书名=化学电源――电池原理及制造技术作者=页数=476SS号=0出版日期=Vss号=62761034封面页书名页版权页前言页目录页第1章化学电源概论1.1 化学电源的组成电极类型及结构电极粘结剂化学电源用隔膜封口剂电池组1.2 化学电源的分类1.3 化学电源的工作原理一次电池工作原理1.4 化学电源的性能原电池电动势电池内阻开路电压和工作电压电池的容量与比容量电池的能量与比能量电池的功率和比功率贮存性能和自放电电池寿命1.5 化学电源的应用第2章化学电源的理论基础2.1 电池电动势2.2 可逆电池和可逆电极可逆电池可逆电极可逆电池热力学2.3 浓差电池离子浓差电池电极浓差电池2.4 电极过程极化作用过电位电化学步骤的基本动力学方程式 2.5 气体电极过程氧电极过程电催化作用气体扩散电极2.6 半导体电化学半导体-溶液界面反应半导体空间电荷层光电化学电池第3章一次化学电源3.1 概述3.2 锌-锰电池锌-锰电池的分类锌-锰电池的工作原理锌-锰电池材料锌-锰电池制造工艺锌-锰电池的主要性能可充碱性锌-锰电池的充电制度 3.3 锌-氧化汞电池锌-氧化汞电池的工作原理锌-氧化汞电池结构和制造工艺锌-氧化汞电池的性能3.4 锌-银电池概述锌-银电池的工作原理锌-银电池制造工艺锌-银扣式电池的制造锌-银电池的性能3.5 锌-空气电池概述锌-空气电池的工作原理锌-空气电池的结构及制造工艺锌-空气电池的性能第4章铅酸蓄电池4.1 概述铅酸蓄电池分类及型号铅酸蓄电池的结构4.2 铅酸蓄电池的化学原理电池反应Pb-H2SO4-H2O系电位pH图4.3 二氧化铅电极Pb2O的物理化学性质正极充放电反应机理4.4 负极活性物质铅负极的充放电机理铅负极添加剂及其作用机理铅负极的不可逆硫酸盐化及消除方法铅负极自放电4.5 板栅合金板栅的作用及性能板栅腐蚀板栅合金分类及特性4.6 隔板微孔硬橡胶隔板聚氯乙烯(PVC)塑料隔板取烯烃树脂微孔隔板玻璃棉纸浆复合隔板玻璃丝隔板及套管4.7 电解液4.8 铅酸蓄电池的制造工艺板栅制造生极板制造极板化成电池化成铅酸蓄电池装配4.9 铅酸蓄电池的性能电性能充放电特性电池容量电池贮存性能4.10 铅酯蓄电池的使用与维护初放电电池在使用过程中的充电方法铅酸蓄电池维护4.11 密封式免维护铅酸蓄电池密封式免维护铅酸蓄电池工作原理密封铅酸蓄电池制造工艺特点密封铅酸蓄电池装配密封铅酸蓄电池性能第5章镉-镍电池5.1 概述镉-镍电池分类镉-镍电池型号和标志5.2 镉-镍电池的工作原理氧化镍电极工作原理镉电极的反应机理密封镉-镍电池工作原理5.3 电极材料及电极的制造正极活性物质的制备负。

电催化 溶剂化 界面 解释说明以及概述

电催化 溶剂化 界面 解释说明以及概述

电催化溶剂化界面解释说明以及概述1. 引言1.1 概述在现代科学研究中,电催化、溶剂化和界面现象是重要的研究领域。

它们分别涉及到电化学反应、溶剂对反应的影响以及反应发生于固体表面的界面过程。

这些领域的研究对于深入理解和探索能源转换、环境保护等关键领域具有重要意义。

本文旨在全面介绍电催化、溶剂化和界面现象,并探讨它们之间的相互作用及其在各个领域中的应用。

在第二章将详细介绍电催化的定义和原理,同时阐述电催化反应机制以及当前研究所取得的进展和前景。

在第三章将重点讨论溶剂对反应过程中产生的溶剂化作用以及其对界面性质造成的影响,同时介绍了一些常用的溶剂选择和优化方法。

第四章将深入探讨界面现象,包括电极表面结构与电荷转移过程之间的关系,脱附层与传递层在反应中起到的作用以及界面控制及影响因素分析。

最后,在第五章将总结本文的关键内容和发现,并对未来研究方向进行探讨和建议。

1.2 文章结构本文主要分为五个部分:引言、电催化、溶剂化、界面现象以及结论。

每个部分都有其具体的内容和细节,旨在全面介绍这些重要领域的相关知识和最新进展。

1.3 目的本文的目标是提供一个清晰明了的概述,深入解释和说明电催化、溶剂化和界面现象,并总结当前研究的进展和应用。

此外,我们也将对未来研究方向进行探讨,为相关领域的科学家提供一些建议和启示。

以上就是“1. 引言”部分的内容,希望能够符合您的需求。

2. 电催化:2.1 定义与原理:电催化是指利用电流作为外部能源,在电化学界面上加速、改变或控制化学反应的过程。

其基本原理是通过在电极表面引入外加电荷来改变物质的氧化还原状态,从而实现特定反应的进行。

2.2 电催化反应机制:在电催化中,关键步骤通常涉及吸附、解离、转移和再次组合等过程。

具体反应机制取决于所研究的具体体系和反应类型。

一些常见的电催化反应包括氧还原反应(ORR)、氢析出反应(HER)、二氧化碳还原反应(CO₂RR)等。

2.3 应用和前景:电催化在许多领域都有广泛的应用前景。

应用电化学-1-3-双电层

应用电化学-1-3-双电层

电极溶液界面的紧密 双电层结构
考虑了热运动干扰时的电极溶 液界面双电层结构
在金属相中,自由电子的浓度很大,可达1025 mol/dm3 ,少量 剩余电荷在界面的集中并不会明显破坏自由电子的均匀 分布,因此可以认为金属中全部剩余电荷都是紧密分布 的,金属内部各点的电势均相等。 在溶液相中,当溶液总浓度较高,电极表面电荷密度较 大时,由于离子热运动较困难,对剩余电荷分布的影响 较小,而电极与溶液间的静电作用较强,对剩余电荷的 分布起主导作用,溶液中的剩余电荷也倾向于紧密分布, 形成紧密双电层。
q
1.3.4 双电层的结构
在电极/溶液界面存在着两种相间相互作用:
(1)电极与溶液两相中的剩余电荷所引起的静电长程作用; (2)电极和溶液中各种粒子(离子、溶质分子、溶剂分子等等) 之间的短程作用,如特性吸附、偶极子定向排列等,它只 在几个Å的距离内发生。
电极溶液界面的基本结构
• 静电作用使得符号相反的剩余电荷力图相互靠近,形成紧密 的双电层结构,简称紧密层。 • 热运动处使荷电粒子倾向于均匀分布,从而使剩余电荷不可 能完全紧贴着电极表面分布,而具有一定的分散性,形成分 散层。
1.3.1.1 界面电荷层的形成
自发形成的双电层 M
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
S
M
+
S
+
M
+
S
+
(a)离子双电层
(b)吸附双电层
(c)偶极双电层
强制形成的双电层

电化学工作站在半导体中的应用

电化学工作站在半导体中的应用

电化学工作站在半导体中的应用导言电化学工作站是一种用于研究电化学现象和材料的专用设备,它在半导体材料研究领域具有重要的应用价值。

本文将从电化学工作站的结构和原理、半导体材料的电化学特性以及电化学工作站在半导体中的实际应用等方面进行阐述和分析。

一、电化学工作站的结构和原理电化学工作站通常由电化学电池、工作电极、参比电极、计时器、电压源、电阻箱、电位计等组成。

通过这些组件的协作,可以实现对半导体材料的电化学性质进行研究和分析。

电化学工作站的原理主要基于半导体材料与电解质溶液之间的界面反应。

在工作电极上施加一定电压,通过电解质溶液中的电子传递和离子迁移,形成电化学反应。

参比电极的作用是提供一个恒定的电位,用于作为参考基准。

电位计可以测量工作电极与参比电极之间的电压差,从而获得半导体材料的电化学特性参数。

二、半导体材料的电化学特性半导体材料作为一种重要的电子材料,在电化学工作站中表现出独特的电化学特性。

主要包括:1. 能带结构:半导体材料的能带结构对其在电化学反应中的表现起着决定性的作用。

通过对半导体材料施加不同的电压,可以调控其能带结构,从而影响电子和空穴的输运特性。

2. 电荷分布:半导体材料的电荷分布特性会影响电化学反应的进行。

电化学工作站可以通过测量半导体表面的电荷密度和电势分布来定量分析材料的电化学特性。

3. 表面态:半导体材料的表面态是表面电化学反应的关键因素之一。

通过电化学工作站可以研究半导体表面的空穴和电子态密度,从而了解其电化学活性。

三、电化学工作站在半导体中的应用电化学工作站在半导体材料研究领域有着广泛的应用:1. 光电化学研究:电化学工作站可以用于研究半导体材料的光电化学性质,包括光生电荷分离、载流子寿命等。

这对于太阳能电池、光催化等领域具有重要意义。

2. 腐蚀和腐蚀保护:通过电化学工作站可以研究半导体材料的腐蚀行为,并提供腐蚀保护的方案。

3. 氧化还原反应:电化学工作站可以用于研究半导体材料在氧化还原反应中的电化学行为,包括电化学氧化、还原动力学等方面。

应用电化学-1-1-基础知识

应用电化学-1-1-基础知识

2021/8/2
36
1. 1 电化学体系的基本单元
电极(电子导体) 隔膜 电解质溶液(离子导体) 电解池的设计与安装
2021/8/2
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1.1.1 电极(electrode)
工作(研究)电极(working electrode, WE)
电极材料的选择:背景电流小、电势窗口宽、导电性好、 稳定性高、重现性好、表面活性及表面 吸附性能等。
2. 特殊的异相催化反应:
电极电位不同,催化能力不同 电极电位改变,可以大幅影响催化能力 电极电位连续可调,催化活性连续变化
3. 氧化还原等当量进行,得失电子数相同;
4.电极反应一般在常温常压下进行,反应所用氧
化剂或还原剂为电子,环境污染少。
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0.4 电化学的应用
电化学是一门具有广泛应用领域的重要交叉学科,在
厂、印染厂、食品及酿酒厂废水中有机耗氧物的
处理,医院污水中病菌、病毒和寄生虫卵等致病
微生物的处理-环境电化学
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▪ 脑电图、心电图等诊断技术;治疗尿毒症的人工肾
脏,电化学治癌,电化学控制药物释放-电化学在医 学上的应用
问题:神州六号,嫦娥登月飞船、舰船潜艇中用到哪些 电化学知识?
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3、1800年,英国的尼科尔森和卡里斯尔采用伏特电池电解水。
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4、1807年,Davy电解了熔融的NaOH和KOH,制得金属K和Na。 5、大量的生产实践和科学实验知识的积累推动了电化学理
论工作的发展。1833年,Farady提出“法拉第定律”。 6、1889年,Nerst建立了电极电势公式,提出了电极电势与

电化学工作站的原理与应用

电化学工作站的原理与应用
电压跟随
输入阻抗高,~1012W,电位测量准确
应用:测量开路电位
RE
WE
1
2
Vi
Vi
+
-
R
Vout
i
电流~电压转化
0
0
i
Vout= -iR
应用:测量电流
i=-Vout/R
1/R为电流灵敏度

Vout
i
0
0
i
Ri
为放大倍数
Vi
反相放大
A>1 放大 A<1 衰减
Vj
Ri
加法运算
+
应具备的条件
恒电位测量中,要求低内阻,从而实现响应速度快。
良好的稳定性(化学稳定性好、温度系数小);
具有良好的恢复特性;
参比电极
常见的参比电极
参比电极
1
汞-硫酸亚汞电极;
2
Hg|Hg2SO4|SO42-
3
亚汞不稳定,高温时易变成Hg2+,受温度影响大。防止Hg2SO4水解,应选高浓度的SO42-,<40℃。
盐桥
测量与被测体系组成或浓度不同时用盐桥。 作用 ① 消除或减小液接电位; ② 消除测量体系与被测体系的污染。 要求(盐桥制备的注意事项) ① 内阻小,合理选择桥内电解质溶液的浓度; ② 盐桥内电解液阴阳离子当量电导尽可能相近,扩散系数相当(常用: KCl、NH4NO3),以消除液接电位; ③ 盐桥内溶液不能和测量、被测量体系发生相互作用; ④ 固定盐桥防止液体流动 采用4%的琼脂溶液固定。
基准电压 E0,如10.000V
2.三电极电化学池
*
工作电极(WE) 参比电极(RE) 对或辅助电极(counter or auxiliary electrode, CE) Luggin capillary

电化学测试中溶液电阻的自动测量与补偿

电化学测试中溶液电阻的自动测量与补偿

电化学测试中溶液电阻的自动测量与补偿包宇;袁福宇;张玺;杨贵福;刘先毅;王伟;牛利【摘要】A newly home-built electrochemical workstation with a multifunctional positive feedback circuit has been designed by the 16-bit Digital to Analog Converter (DAC) as a voltage divider device for performance evaluation, which allows functions of automatic measurements and compensations of solution resistance when being essential in the experimental research. Both the accuracy and the validity of this proposed design were further closely examined by virtue of a high impedance organic phase test. The experimental results indicated that this home-built electrochemical system was quite stable and reliable due to a wide range of compensations of solution resistance up to 10 MΩ and the averagely relative error within 0.5 %. These experiment data showed that the circuit could control the proportion of compensation more precisely and have good stability and ideal compensation effect of solution. Besides that the circuit can significantly eliminate the potential control errors caused by the solution resistence. The performance of our product is close to the mainstream of the foreign products, so it is fully capable of meeting the professional electrochemical measurement needs.%由16位DAC器件作为分压器,设计了恒电位仪以及正反馈补偿电路,实现了对溶液电阻的自动测量和补偿,同时采用高阻抗体系对其溶液电阻测量的准确性和补偿效果进行了验证.结果表明,溶液电阻最高补偿值可达1.0×10(8)Ω,在可补偿电阻范围内,自动电阻测量误差最大不超过1.5%,平均误差小于0.5%.本实验设计的电路可以较精确地控制补偿比例,稳定性好,并且溶液补偿效果较为理想,明显消除溶液电阻引起的电位控制误差,其性能已接近国外主流产品,完全能够满足专业电化学测量研究的需要.【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2011(039)006【总页数】4页(P939-942)【关键词】恒电位仪;溶液电阻补偿;电流响应【作者】包宇;袁福宇;张玺;杨贵福;刘先毅;王伟;牛利【作者单位】中国科学院长春应用化学研究所现代分析技术工程实验室,电分析化学国家重点实验室,长春,130022;中国科学院长春应用化学研究所现代分析技术工程实验室,电分析化学国家重点实验室,长春,130022;吉林大学电子科学与工程学院电子信息工程系,长春,130012;中国科学院长春应用化学研究所现代分析技术工程实验室,电分析化学国家重点实验室,长春,130022;东北师范大学计算机科学与信息技术学院,长春,130117;中国科学院长春应用化学研究所现代分析技术工程实验室,电分析化学国家重点实验室,长春,130022;东北师范大学计算机科学与信息技术学院,长春,130117;中国科学院长春应用化学研究所现代分析技术工程实验室,电分析化学国家重点实验室,长春,130022;中国科学院长春应用化学研究所现代分析技术工程实验室,电分析化学国家重点实验室,长春,130022【正文语种】中文在电化学实验中,通常由恒电位仪对研究电极和辅助电极间的外施加电势进行反馈调节,使其满足程序设定的电势要求。

电化学 Microsoft Word 文档

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第一章电化学理论基础1.1 电化学体系的基本单元1.1.1所有电化学体系至少含有浸在电解质溶液中或紧密附于电解质上的两个电极, 而且在许多情况下有必要采用隔膜将两电极分隔开。

1.1.2电极电极(electrode)是与电解质溶液或电解质接触的电子导体或半导体, 为多相体系。

电化学体系借助于电极实现电能的输入或输出, 电极是实施电极反应的场所。

一般电化学体系为三电极体系, 相应的三个电极为工作电极、参比电极和辅助电极。

化学电源一般分为正、负极;而对于电解池, 电极则分为阴、阳极。

现介绍如下。

工作电极(working electrode, 简称WE): 又称研究电极, 是指所研究的反应在该电极上发生。

一般来讲, 对于工作电极的基础要求是: 所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响, 并且能够在较大的电位区域中进行测试;电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应;电极面积不宜太大, 电极表面最好应均一、平滑的, 且能够通过简单的方法进行表面净化等等。

工作电极可以是固体, 也可以是液体, 各式各样的能导电的固体材料均能作电极。

通常根据研究的性质来预先确定电极材料, 但最普通的“惰性”固体电极材料是玻璃、铂、金、银、铅和导电玻璃等。

采用固体电极时, 为了保证实验的重现性, 必须注意建立合适的电极预处理步骤, 以保证氧化还原、表面形貌和不存在吸附杂质的可重现状态。

在液体电极中, 汞和汞齐是最常用的工作电极, 它们都是液体, 都有可重现的均相表面, 制备和保持清洁都较容易, 同时电极上高的氢析出超电势提高了在负电位下的工作窗口, 已被广泛用于电化学分析中。

辅助电极(counter electrode,简称CE):又称对电极, 该电极和工作电极组成回路, 使工作电极上电流畅通, 以保证所研究的反应在工作电极上发生, 但必须无任何方式限制电池观测的响应。

由于工作电极发生氧化或还原反应时, 辅助电极上可以安排为气体的析出反应或工作电极反应的逆反应, 以使电解液组分不变, 即辅助电极的性能一般不显著影响研究电极上的反应。

第10章半导体电化学与光电化学基础

第10章半导体电化学与光电化学基础

第10章半导体电化学与光电化学基础在现代科学技术的众多领域中,半导体电化学与光电化学是极为重要的研究方向。

它们不仅在基础科学研究中占据着关键地位,还在实际应用中发挥着巨大作用,如太阳能电池、光电催化、半导体器件等。

首先,让我们来了解一下半导体的基本概念。

半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料。

常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等。

半导体的电学性质可以通过掺杂等方式进行调控,这使得它们能够适应各种不同的应用需求。

半导体电化学主要研究半导体与电解质溶液界面处的电荷转移过程。

在这个界面上,会发生氧化还原反应,从而导致电子和离子的传递。

这种电荷转移过程对于理解半导体的腐蚀、电极反应以及电化学储能等方面都具有重要意义。

比如说,在半导体的腐蚀过程中,电解质溶液中的离子会与半导体表面发生反应,导致半导体材料的损坏。

通过研究半导体电化学,我们可以找到有效的方法来抑制这种腐蚀,提高半导体材料的稳定性和使用寿命。

而光电化学则是将光的作用引入到电化学体系中。

当半导体吸收光子后,会产生电子空穴对。

这些电子和空穴在半导体内部和表面的传输和分离过程,决定了光电化学系统的性能。

以太阳能电池为例,其工作原理就是基于半导体的光电化学效应。

当阳光照射到太阳能电池的半导体材料上时,产生的电子和空穴被分离并分别传输到不同的电极,从而形成电流。

为了提高太阳能电池的效率,科学家们一直在致力于研究如何提高半导体材料对光的吸收能力,以及如何更有效地分离和传输电子空穴对。

在半导体电化学和光电化学的研究中,能带结构是一个非常重要的概念。

能带结构决定了半导体材料的电子能级分布,从而影响其电学和光学性质。

对于 n 型半导体,其中多数载流子是电子;而对于 p 型半导体,多数载流子是空穴。

当 n 型半导体和 p 型半导体接触时,会形成 pn 结。

在 pn 结处,由于载流子的扩散和漂移,会形成一个内建电场。

这个内建电场对于半导体器件的性能有着重要影响。

现代电化学-第4章电极过程与液相传质

现代电化学-第4章电极过程与液相传质
14
4.1.2 极化曲线的测量方法 控制电流法(恒电流法)
按控制信号分
控制电位法(恒电位法)
• 按电极过程是否与时间因素有关,又可将测量方 法分为稳态法和暂态法。 • 稳态法是测量电极过程达到稳定状态后的电流密 度与电极电位的关系。此时的电流密度与电极电 位不随时间改变,外电流就代表电极反应速度。 • 暂态法是测量电极过程未达到稳态时的电流密度 与电极电位的变化规律,包含着时间因素对电极 过程的影响。
一维线性通式如果除电化学势梯度之外溶液也在运动即溶液的一个单通式将电化学势的表达式带入5并假设anernstplanck方程描述液相传质的基本方程扩散的贡献迁移的贡献对流的贡献扩散电流与浓度梯度间关系迁移电流与电势梯度间关系11的方向可能相同也可能相反取决于电场的力向及电活性物质携带的电荷的正负支持电解质与迁移离子j迁移数t
• 稳定电位就是平衡电位,不稳定的电位就是 不平衡的单位。这种说法对吗?为什么? 1
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第4章 电极过程与液相传质
4.1 极化曲线
Zn在0.38M氰化镀锌溶 液中的阴极极化曲线
• 极化曲线:过电位 (过电极电位)随电 流密度变化的关系曲 线。 • 极化度:极化曲线上 某一点的斜率。
Pt

Pt
E
E C a IR
E超
V
R反应
I
c平- c
R溶液
I
a平+ a
IR
V
23
原电池与电解池的比较
原电池 阴极(+)→负移 阳极(-)→正移 E>V 电解池 阳极(+) →正移 阴极(-) →负移 E<V

《应用电化学》复习思考题参考答案

《应用电化学》复习思考题参考答案

《应⽤电化学》复习思考题参考答案《应⽤电化学》思考题第⼀章电化学理论基础1.什么是电化学体系?基本单元有那些?(1)由两类不同导体组成,且在电荷转移时不可避免地伴随有物质变化的体系,通常有原电池、电解池、腐蚀电池三⼤类型。

(2)1.电极 2.电解质溶液 3.隔膜2.试举例说明隔膜的作⽤。

隔膜是将电解槽分隔为阳极区和阴极区,以保证阴极、阳极上发⽣氧化-还原反应的反应物和产物不互相接触和⼲扰。

例如采⽤玻璃滤板隔膜、盐桥和离⼦交换膜,起传导电流作⽤的离⼦可以透过隔膜。

3.试描述现代双电层理论的概要.电极\溶液界⾯的双电层的溶液⼀侧被认为是由若⼲“层”组成的。

最靠近电极的⼀层为内层,它包含有溶剂分⼦和所谓的特性吸附的物质(离⼦或分⼦),这种内层也称为紧密层、helmholtz层或stern层,如图1.5所⽰。

实际上,⼤多数溶剂分⼦(如⽔)都是强极性分⼦,能在电极表⾯定向吸附形成⼀层偶极层。

特性吸附离⼦的电中⼼位置叫内holmholtz层(IHP),它是在距离为x1处。

溶剂化离⼦只能接近到距电极为x2的距离处,这些最近的溶剂化离⼦中⼼的位置称外helmholtz层(OHP)。

⾮特性吸附离⼦由于电场的作⽤会分布于称为分散层(扩散层)的三维区间内并延伸到本体溶液。

在OHP层与溶液本体之间是分散层。

4.什么是电极的法拉第过程和⾮法拉第过程。

电极上发⽣的反应过程有两种类型,法拉第过程和⾮法拉第过程。

前者是电荷经过电极/溶液界⾯进⾏传递⽽引起的某种物质发⽣氧化或还原反应时的法拉第过程,其规律符合法拉第定律,所引起的电流称法拉第电流。

后者是在⼀定条件下,当在⼀定电势范围内施加电位时,电极/溶液界⾯并不发⽣电荷传递反应,仅仅是电极/溶液界⾯的结构发⽣变化,这种过程称⾮法拉第过程。

5.试述电极反应的种类和机理。

电极反应种类:(1)简单电⼦迁移反应;(2)⾦属沉积反应;(3)表⾯膜的转移反应;(4)伴随着化学反应的电⼦迁移反应;(5)多孔⽓体扩散电极中的⽓体还原或氧化反应;(6)⽓体析出反应;(7)腐蚀反应电极反应的机理:(1)CE机理:指在发⽣电⼦迁移反应之前发⽣了化学反应,其通式为:X O X+ne RedH2HCHO + H2O C步骤HCHO + 2H+ + 2e →CH3OH E步骤(2) EC机理:指在电极/溶液界⾯发⽣电⼦迁移反应后⼜发⽣了化学反应,其通式为:O X+Ze→Red X如:对氨基苯酚在Pt电极上的氧化反应(3)催化机理a、“外壳层”催化:EC机理中的⼀种,指在电极和溶液之间的电⼦传递反应,通过电极表⾯物种氧化—还原的媒介作⽤,使反应在⽐裸电极低的超电势下发⽣,其通式可表⽰如下:X + ne Red E步骤X + Y C步骤如:Fe3+/Fe2+电对催化H2O2的还原反应:1/2H2O2+e→OH-3+2+Fe+ 1/2H2O2→Fe3++ OH-b、“内壳层”催化:也称为化学氧化—还原催化,即当反应物的总电化学反应中包括旧键的断裂和新键的形成时,发⽣在电⼦转移步骤的前、后或其中⽽产⽣了某种化学加成物或某些其它的电活性中间体,总的活化能会被某些“化学的”氧化—还原催化剂所降低。

第10章半导体电化学与光电化学基础

第10章半导体电化学与光电化学基础

电化学原理
10.3.2非平衡条件下(极化时)的电荷传递
1.非平衡条件下半导体/溶液界面的能带结构
电化学原理 E
EC ,b
EF
EV ,b
EC ,s
e
EV ,s
EO0
E 0FO/ R
E
0 R
E
j
j
j E
j E
(b)正逆反应的电流密度
(a)能带结构
图10.11阴极极化时N型半导体/溶液界面的电子跃迁
电化学原理 2.非平衡条件下半导体/溶液界面的净电流
⑵P型半导体
电化原理
载流子浓度
p0 NA
n 少子(电子)浓度
ni2 0 NA
掺杂后半导体的费米能级
EF EV k ln
NA NV
EC
EF
EV
(c)P型半导体能带结构
电化学原理
10.2半导体/溶液界面的结构与性质
10.2.1半导体/溶液界面的结构与性质
1、半导体/溶液界面接触时的能带结构
EC
x
lsc
B
0
EF EV
x
EC . s
EV .s
lsc
(d)反型层
4、平带
x B
lsc
电化学原理
EC EF
0
EV
x
lsc
(b)平带
EC . s
EV .s
电化学原理
10.2.3半导体/溶液界面的电位分布
1.半导体/溶液界面半导体一侧空间电荷层的电位分布
d
8 nikT
dx
sc
e y e y 2 1/ 2
1、积累层(富集层)及其特点
电化学原理 ⑴电位和能带弯曲

2009-01-15--第三章+电极-溶液界面结构与性质(3.4-双电层的结构和零电荷电位2学时)

2009-01-15--第三章+电极-溶液界面结构与性质(3.4-双电层的结构和零电荷电位2学时)
第三章 电极-溶液界面结构与性质(3.4 双电层的结构和 3.5 零电荷电位2学时)
一、电极/溶液界面的基本结构
电极/溶液界面的双电层如图所示。
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第三章 电极-溶液界面结构与性质(3.4 双电层的结构和 3.5 零电荷电位2学时)
电极/溶液界面剩余电荷分布和电位分布如图3.14所示。
常数

2RT F
ln a

RT F
ln
c
Ψl<0时
1

常数

2RT F
ln( a)
RT F
ln
c
式中,“常数”为:
2RT ln 1 F C紧
2 RT 0 r
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第三章 电极-溶液界面结构与性质(3.4 双电层的结构和 3.5 零电荷电位2学时)
RT

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第三章 电极-溶液界面结构与性质(3.4 双电层的结构和 3.5 零电荷电位2学时)



1和x=时,

x
=0和
x
=0
利用数学关系式
2
x2

1 ( )2
2 x x
从x=d到x=∞积分

x
)2 x=d

2cRT
0 r

exp(

1F
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第三章 电极-溶液界面结构与性质(3.4 双电层的结构和 3.5 零电荷电位2学时)
双电层电位差由紧密层电位差与分散层电位差两部分 组成,可以利用下列式计算双电层电容:
1 da d (a 1) d1 1 1
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• • • •
度密荷电面表和线 曲 布分 带能 面表响影能态面表型主施的 上 之fE和 态面表型主受的下以fE在有只 。荷电面 表及 状形的 带能响影会不也而因� 子电 换交内 体与 能不态面表型主施的下以FE 在布分 及态 面表型主受的上以FE在布分


。定决置 位 级能 的中带 禁在 们它 和度 密态面 表由 度程 响影。布分势电的中层散分 和 层ztlohm leH 的侧 一液 溶和 布分带 能的 中区 荷电间空的侧一体导半响影 将 们它 �此因 。布 分荷 电的 上面表 响影 还� 层荷电间空响影仅不态面表 。型主受和型主施分态面表
A i μ、 i μ B
为化 变能由 自的起引而移转间相两在子粒该于由 • 。同不 “势“ 或”位 “的中 相 两 在 子 粒 该—— �因原 的移转 间之相 两在子 粒 种 某 起引
2
1
。�差位电的间之部内项该 与 层面 表� ”位电 面表 “的 中项一某起引能只而因�中 层面 表的 项一 某在 现出只 都”层电双“况情种两后而, � 差位 电的 间相两 �位 电间 相是的起引况情种一第有只
)B (ϕ − )x (ϕ = ϕ∆
。 种物子 离的衡 平子离 于处液 溶和是 � 荷 电 面 表 v 。触接电的好 良有 带价或 带导与 是但� 分部荷 电间空 为作不 荷 电 态 面 表 v 。 衡平热 和 衡 平 子 电 于处区 荷电间 空体固 与它�) 级能子 电部局 的面 表( 态 面 表 v 的况情 换交的 荷电是 别 区 的 者 两 v � 置位间 空或因 起学化 于在不 别 区 的 者 两 v
立成式下 � 荷电对的成组子离由中 液溶�层散分、 层双密紧的侧一液溶 起引团基面表解离的上 体晶或子离附吸由 �saq�荷电面表 面表体 导半 于在 存�ssq�荷电态面表 。 成组 主受或主施的化子离的定固 被的 中带 禁和穴空的中带价、子电由 自的中 带导 由� csq�荷电余剩的区荷 电间空� 区荷电间空的层面表体导半
别区的荷电面表和态面表
层型 反、层 尽耗、 层累积 的 中 区 荷 电 间 空
附吸 6 1 的 +H 和 -HO是要主附吸的中液溶 水� 弱很附吸的子离外局些这� v 附吸 的子离外局的强较性子离他 其 生发能 可还 �外+H和 -HO了除 v 。 值Hp的液溶于决取�底彻 较的 行进个哪�2�和�1�应反 v 高升 之反 �低降值Hp的液溶�时底 彻较 的行进�2�比�1�应反当 v 置 位化剂溶为成置位面表该于 至以 �附吸被能可水的成生应反 v 。荷电正的剩过现出面表之 反 �荷 电负的剩过现出上面表�时 底彻 较的行进�2�比�1�应反 v
6
5
;移转中相 两在 子电起 引而同 相不� 势 学 化 电 的 子电 �级能 米费的 子流载 中 者 两 于 由 �时 触接液 解电与 极电体 导 半 � 此 因 。 级能的 态子量 的据占 子电被 未是上 际 实级 能米费 的它� 性特的 似 类 有 穴 空 • ;移转中相两 在子电 起引而 同 相 不 � 势 学化 电的子 电�级 能米费 的 子 电 中 者 两于 由�时 触接液 解电与 极 电 体 导 半 •
�度浓衡平的穴空和子电中体导半为0p和0n中式
T k / ϕ ∆0 e −
e 0p = ) x ( p
Tk / ϕ ∆ 0 e
e0 n = )x ( n
则�律计统 � nn amstlo B从服 化变 的位 电极 电随度 浓子 流载 内区荷电间空时衡平热设假 v 。相体过超度浓 子电 面表 �垒势 的穴 空和 阱势 的子电 成形 �弯 下带能�低降能势的面表在 子电 则� 加增渐 逐势 电� 面表 到内体极电从�中区荷电间空在� 层 累 积 v 。性 特要重 的极 电体 导半是这垒位面表变改地意 随 以可 位电极 电制 控过 通。 律规化 变的 数参 述上�时化极极电析分面下 v 。 论讨行进例为体导半型n以

f E的体导半响影能只�时化变中液溶或势电极电�变改而化变

的 ) R / O ( 0 f E的 R / O和势电极电随不上本基 s v E和 s c E置位变带能的面表体导半�此因 化变的势电中层荷电间空起引要主般一化变势电极电�体导半并简非想理于对
Hφ��cs φ∴ h d��csL∵
• •

A
或 0= GΔ有应后衡平立建然显
) Φ − Φ( 0e i z + µ − µ =
B i A i B i B→A
P
Φ0eiz + µ
i P
移转间 相两在 子粒该∴�差之势学化的i子粒电带∵ • � 间瞬的初最�零为差势电间相是但�Aiμ-Biμ

值对绝的荷电子电�0e中式
G∆
为差之 势学化 的i子粒电带某中相两�后之触接相两 • 为别分势学化的 i 子粒电带某中相两�前之触接未相两 • 。同不 “势“ 或”位 “的中 相 两 在 子 粒 该—— �因原 的移转 间之相 两在子 粒 种 某 起 引

。 列排 向定的中层面界在子分极偶 )c 荷电的反相号 符 了现 出中 体本液 溶与 层面 界在而因�同不量附吸的中 层 面表 在� 子离阳 或子 离阴 �子离的荷电号符同不有带 )b “ 层电 双“ 的谓所 了成 形� 侧两的面界在中集地少或多 或 荷电 余剩 些这。 荷电 余剩 了现出都中相两而因�电充 侧 两面 界向 路线外 过通 或� 移转间相两在子粒电带于由 )a
;层电 双成形 �荷电 负 带 侧 一 液

溶 �电正 带侧一 极电是 果结。区荷电 间空的 电正带 个 一 成 形 侧 内面 表体导 半在就 样这。中液溶 到移迁 体导半 型n从 地 发 自 子 电 �级 能米费 的子电 中液解电于高 级能米 费始初 若� 体 导 半 型n 对 •
81
71
。位电的中体本性中为�B�φ中其
厚 较 , mc4-01

。层 散分、层双密紧的侧一液溶 、 区荷 电间 空的层 面表 体导 半:区荷 电余 剩个三 为分致大可面界液溶/体导半
区荷电间空的极电体导半.3
8
7
; 止停 移转净 至直� 移转的 步一进 子电了 碍阻层 电 双 的 成 形 •
. 线曲的滑下断 不 液溶 到极电 从是 该应 布分 的势电 极电 则电 负带液溶�电正带极电于由 ;的高 是级能言而子电对处此明说 。 低部 内比度 密的 子电 而� 多荷电 正剩 过的 面表为因。垒能的移迁液溶 向 子电 止阻起 立建 而从 �曲 弯上向 将带 能面 表�成形的区荷电间空着随 •
A
• • • • •
。位学化电的子 电 是级能米费 出得以 可 后 之 比 对 止停能 才 移 转 净 的 子电� 时等相 级能米 费的子 电中相 两有只 �时面 界 成 形 触 接 相两当 。体导 半入进 能可才 它�时 级能米 费于低 量 能 子 电 当 �体导 半开离 能可才 它�时 级能米 费于大 量能的 子 电 当 有 只 据 占子电 被都上 本基态 子量的 级 能 米 费 于 小量能而�据 占子电 被未上 本基态 子量的级能米 费 于 大 量 能 。的 应反极 电加参 子粒的 质性荷 电 纯 单 有 具 只是不而�子 粒电荷 的质性 学化有 为作是 总子电 � 中 学 化 电 。移转净的子 粒电带 现出再 不间相 两�说 是就也 。 位 电 衡 平 了立建间相两 �时等 相势学 化电的 中相两 在子粒 电 带 某 明 表


态 面 表.4
01
9
ε/ d • q = φ∆
le
q =
da
q +
ss
q +
cs
q
• • • •
-6-01到达可� 似相液 溶稀与 度厚布 分的荷 电余剩 中 体 导 半 而 • 大 很别差 构结层 电双的 面界液 溶/属 金 与 液 溶/ 体 导半此因。级量数 个8-5低的 中液溶 浓和属 金比而 � 液 溶 稀 于 当相只度浓子 流载的 中体导 半般一 �出看以可据 数 的 中 表 从 •
荷 电 面 表.5
定钳 级 能 米 费
41
31
象现的定钳级能米费谓所 生 发即 �著 显不将化变的度程曲弯带能 。 CSφΔ于大能可至甚HφΔ 化 变位 电的 中层密紧�下况情种一后在 。 %1为 度盖覆面表的质物附吸于当 相约大, 虑 考以 加须必就时2-mc3101过超 �响影的它略 忽以 可则 �2- mc2101于小度密态面表若
v

子离 -HO 附 吸 能 可 M) 力 和 亲 的 度 高 有 子 电 对 �置 位的 道轨空 有具 (置位 酸siweL 的 上 体 固 。 去 上 附 吸 会 -HO 和 +H � 时触接液溶水与体固型子离当 v �saq� 荷电 面表的起引附吸量等非的面 表极 电在 子极偶或子离:荷电面表 v
势电间相 .1
21
11
。 间之 2-mc 3101 -1101在仅度密态面表征本 �和饱 子原 氧或 子原质杂被键挂悬分部于由
2-mc5101为

约度浓 的态面表征本的上面表 ”净洁“在 。 级能 态面 表个一应对子原面表个一每 。起 引子离 格晶 面表 由态面表征本的体固型子离 。的起 引键 和饱 不的 ”键挂 悬“ 为称 由态面表征本的体固型价共 。态 面表 征本为 称� 级能 子电 域定的 现出 �断 中然突面表在也场势期周的 在 存中 体晶 使�断 终然 突面 表在 列排期 周的 子原 中体晶是因起的态面表征本 态面 表征 本非和态面表征本分态面表 �中 之带禁 于处 级能 而面 表体导 半于 位。 级能子电加附种一是态面表 • • •
)2( )1(
O2 H = O2 H =
nl os +
nl os −
H+
HO +
H
�应反列下生发能 可 为 因是 这 。 荷 电带 面 表 使 而� 种 一 另于多种一是常通后液溶入浸 v 的量等是-HO和+H的附吸 前 之液溶入浸体固的类之物化氧 v
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