基础电化学原理及技术系列讲座

扩散
• 浓度梯度 • Fick第一定律（稳态扩散） c1
x1
x2
c2
¶c J = -D ¶x
A x B
扩散系数D
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扩散
• Fick第二定律（非稳态扩散）
¶c ¶c =D 2 ¶t ¶x
2
A x B
非稳态扩散与t有关
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界面处
•
高度->E
传质控制
动力学控制
电荷 电荷 电荷 电荷 电荷
•
宽度->传质
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传质三大形式
扩散+对流+电迁移
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溶液中vs.界面上
• 不搅拌静止溶液对流=0
• 离电极较远 电迁移
扩散+电迁移 电迁移
• 电极表面薄层液体 扩散+电迁移 • 存在惰性电解质+表面 扩散 惰性电解质：
z F D l= RT
2
2
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对流
• 物质随流动的液体而移动
– 密度差（浓度or温度）→ 自然对流 – 外加搅拌 → 强制对流
渠道式双电极电解池
壁射环盘电极电解池
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对流
• 旋转圆（环）盘电极
i E
ilimt ilimt
• 以循环伏安为例
– 表面浓度 – 极限扩散电流
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故事的最开始
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物质传递
• 什么是物质传递
– 英文叫mass transfer
– 也叫质量传递，传质
– 物质系统由于浓度不均匀而发生的质量迁移过程
• 电化学中物质传递的三种形式
扩散小结
• 通量和浓度的关系 • 参数（J，c，x，t，D） • 稳态和非稳态 • 稳态—Fick第一定律
• 非稳态—Fick第二定律
Baidu Nhomakorabea
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电迁移
• 电荷在电场的作用下移动 +
+ + B
-
离子淌度u：速率和电场强度之间 的比例系数 电导率：描述物质中电荷传递难易 程度的参数
eeee-
+ + + +
• 不参与电极反应 • 抑制参与电极反应物质的 迁移，突出其扩散步骤 • 减低电解液的欧姆电位降
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物质传递小结
• 物质传递研究的是什么 • 物质传递的三种形式 • 溶液中的物质传递 • 界面上的物质传递
• 惰性电解质
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A
k = F å zi ui ci
i
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电迁移
• 迁移数t
（a）
α β 负 Pt/H2(1atm)/H+,Cl-/H+,Cl-/H2(1atm)Pt’正 (a1) (a2)
åt
i
i
=1
Pt/H2/++ / --
/++++++ /H2/Pt / ------/ 正
基础电化学原理及技术系列讲座
电化学中的物质传递
揭晓 (Lily Jie)
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ATL-CL-MAL
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电化学中的物质传递
• 物质传递的研究内容
– 溶液中 – 界面上
• 传质三种形式
– 扩散+Fick定律 – 电迁移+电导率 – 对流+特殊电极
所有项都和扩散有关系
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对流小结
• 什么是对流 • 怎么产生强制对流 • 旋转圆（环）盘电极
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以循环伏安为例
— 电化学原理及技术系列讲座第三讲 —
循环伏安结果
a. 非法拉第电流 - 双电层电流
b a
b. 动力学控制 - 线性区&Tafel区
– 浓差扩散 – 对流 – 电迁移
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前情回顾
• 电化学模型
运动方向
我叫电化学工作站
离子
eeeeeeeee-
阻力
电场力
+ + + +
一瓶子 电解质溶液
动力学控制 + 传质控制
E vs. i
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回路模型
e e e e e e e
5e↗ ↘5e （b） 负 Pt/H2/ → +++++++/+ →/H2/Pt / - -/ - - - - - - / （c） Pt/H2/ +++++++ /→ + /H2/Pt / -←/ - - - - - -/
（d）
Pt/H2/ +++ /+++++ /H2/Pt / - - - / - - - - -/
c. 传质控制
c
- D, A, C, ν
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基础电化学原理及技术系列讲座
下次预告：电化学工作站原理 与应用简介
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t+=0.8 t-=0.2
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电迁移小结
• 混合溶液 • 什么是电导率 • 电导率与什么有关系 • 离子淌度
• 迁移数
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电迁移vs.扩散
• 扩散系数与淌度（Einstein关系式）
uRT D= zF
• 电导率与扩散系数（Nernst-Einstein关系式）