电解合成
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《电解合成》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。
电解合成的应用领域
电解合成在有色金属、稀有金属 、贵金属等领域有广泛应用，如 铜、镍、钴、金、银等金属的制
备。
电解合成还可应用于有机化学领 域，如电解还原反应、电化学氧 化反应等，可用于合成有机化合
物和药物等。
此外，电解合成还可应用于环保 领域，如废水处理、重金属回收
等。
02
电解合成的基本原理
电化学基础
操作条件
控制电解槽的操作温度、 压力、电流密度等参数， 确保电解反应的顺利进行 。
电解液的选择与优化
电解液成分
根据电解反应的要求，选 择合适的电解质和添加剂 ，如硫酸、氢氧化钠、甘 油等。
电解液浓度
优化电解液的浓度，以提 高电解反应的效率和产物 的纯度。
电解液稳定性
选择稳定性好的电解液， 以降低电解过程中的副反 应和腐蚀问题。
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。
02
对电解过程中产生的废弃物进行妥善处理，并探索资源化利用
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。
电解合成的应用领域
电解合成在有色金属、稀有金属 、贵金属等领域有广泛应用，如 铜、镍、钴、金、银等金属的制
备。
电解合成还可应用于有机化学领 域，如电解还原反应、电化学氧 化反应等，可用于合成有机化合
物和药物等。
此外，电解合成还可应用于环保 领域，如废水处理、重金属回收
等。
02
电解合成的基本原理
电化学基础
操作条件
控制电解槽的操作温度、 压力、电流密度等参数， 确保电解反应的顺利进行 。
电解液的选择与优化
电解液成分
根据电解反应的要求，选 择合适的电解质和添加剂 ，如硫酸、氢氧化钠、甘 油等。
电解液浓度
优化电解液的浓度，以提 高电解反应的效率和产物 的纯度。
电解液稳定性
选择稳定性好的电解液， 以降低电解过程中的副反 应和腐蚀问题。
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。
02
对电解过程中产生的废弃物进行妥善处理，并探索资源化利用
现代无机合成化学-电解合成
熔盐在无机合成中的应用
• 合成新材料； • 非金属元素的制取； • 氟化物的合成； • 非常规价态化合物的合成；
熔盐在冶金中的应用
• 在电解过程中作为电解质； • 在热还原过程中作为助溶剂； • 各种熔盐制备与处理工艺。
熔盐在能源领域及太阳能领域中 的应用
• 用于金属铀、钍、钚及其它锕系元素的制备；
（可能）由于表面吸附抑制晶核长大而促进新晶核生成；
• 金属离子的配位作用 —— 添加配合物有助于改善产物
沉积状态。
电解装置
1. 阳极
电解提纯：阳极为目标产物的粗制品； 电解提取：使用不溶性阳极。
2. 阴极：
1. 能够高效回收所析出的金属； 2. 面积大于阳极（10 ~ 20 ％）；
3. 隔膜：用于分隔阳极与阴极。
阳极反应获得目标产物。
具有极强氧化性的物质 —— O3，OF2，等等；
• 应用 普通方法难于合成的高价态化合物 —— 三价Ag，Cu，等等；
特殊高价元素的化合物 —— 过二硫酸，过二硫酸盐，H2O2， 等等。
• 注：所得产物均具有强氧化性，反应活性高且不稳定，应
注意选择电解设备、材质和反应条件。
电还原合成
E槽＝E可逆 + ∆E不可逆 + IR1 + IR2
6.1 水溶液中的电解
• 金属电沉积：是指在电场作
用下，金属从电解质中以晶
体形式析出的过程，又称电 结晶。
电解精炼
电镀
电沉积 电提取
要求沉积金属与基体结合牢 固，结构致密，厚度均匀
反应目的
• 获得不易购买的特殊金属； • 比市售品纯度更高的金属； • 粉状或其它特殊形状和性能的金属； • 由废料中回收金属。
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。
应用电化学---第五章 无机物的电解合成
(3)可以根据需要控制反应的方向。 --通过控制电势，选择适当的电极等方法, 实现电解反应的控制，避免副反应，得到所 希望的产品。 (4)环境污染少、产品纯净。 --电合成中一般用不外加化学氧化剂或还原 剂，杂质少，产品纯。且能实现自动、连续、 密闭生产，对环境造成的污染少。
二．电解合成法的缺点 (1)消耗大量电能。例如生产1吨铝耗电 14000-15000KWh。 (2)占用厂房而积大。由于生产中要同时 用许多电解槽，一些前处理还要占用厂房 等。 (3)电解槽结构通常复杂，电极间电器绝 缘，隔膜的制造、保护和调换比较困难。 (4)电极易受污染，活性不易维持，阳极 尤易受到腐蚀损耗。
全氟磺酸膜 (Nafion膜)的分子结构含强酸 根：
Plemion膜(全氟羧酸膜)的分子结构含有弱 酸根：
两种膜都是聚四氟乙烯基的离子文换树脂， 故既能耐强碱和酸，耐有机物侵蚀，但价 格昂贵。用强酸膜时，阳极室NaOH浓度限 于20％以下；用弱酸膜时，NaOH浓度可达 40％，最大电流密度6KA/m2。 --另外，还有磺化聚苯乙烯膜，其价格低 廉，但在有机介质中易老化，必要时两层 膜迭合使用可延长其使用寿命。表5-2给出 几种离子膜槽电解的操作参数。
§5.5 电解水生产氢气和氧气
成本高，通常石油化工、氯碱工业都产出 氢气，液化空气可以得到氧气，成本低， 但纯度也低。在前面的电化学理论中讲到 了氢和氧的电极行为，这里结合起来就可 以了：
由于没有副反应，电流效率接近100%，槽 电压应该高于理论分解电压（1.23V），实 际工作电压1.8-2.6V 阴阳极之间必须有隔膜，防止气体的混合。
§5.4 锰化合物的电解合成
§5.4.1 电解制取二氧化锰 应用：电池、精细化工、医药 二氧化锰的活性及其性质与晶粒大小、晶格 缺陷的密度和水合程度相关。 通过电化学方法，阳极氧化二价锰制得的MnO2 有很好的活性，大多被用于制造高质量锌 锰电池和碱性MnO2电池。
电化学合成类型
电化学合成类型一、电解合成电解合成是通过施加外部电压，利用电解过程将电能转化为化学能，从而合成有机或无机化合物的方法。
电解合成通常在电解池中进行，通过电解反应，可以将电能转化为化学能，合成所需的化合物。
二、电聚合成电聚合成是指在外加电场的作用下，通过聚合反应将小分子单体转化为高分子聚合物的过程。
电聚合成可以利用电场控制聚合反应的过程，从而实现对高分子聚合物的分子结构和分子量的调控。
三、电镀合成电镀合成是指在金属表面通过电解过程将金属离子还原成金属原子，形成金属镀层的过程。
电镀合成可以制备具有特殊性能的金属镀层，如耐腐蚀、高硬度、高导电性等，广泛应用于表面工程和材料科学领域。
四、电渗析合成电渗析合成是指利用外加电场的作用，通过离子交换膜实现离子的迁移和分离，从而制备出纯净的离子溶液或电解质溶液的过程。
电渗析合成可以用于分离和纯化各种离子，如金属离子、有机离子等，在化学工业和生物医学领域有广泛应用。
五、电泳合成电泳合成是指在外加电场的作用下，利用带电粒子的电泳行为，实现分离、纯化和制备带电粒子（如蛋白质、DNA等）的过程。
电泳合成可以用于生物分子和纳米材料的分离和制备，具有高分辨率和高纯度等优点。
六、光电化学合成光电化学合成是指利用光和电的相互作用，通过光能激发电子进行化学反应，从而合成有机或无机化合物的方法。
光电化学合成通常在光电解池中进行，利用光能产生电子和空穴，引发化学反应生成所需的化合物。
光电化学合成在太阳能转换和光催化领域具有广泛应用前景。
七、电池法制备纳米材料电池法制备纳米材料是指利用电池反应过程，通过控制反应条件和电极材料等参数，制备出具有特定形貌和性质的纳米材料的方法。
电池法制备纳米材料可以用于制备金属、氧化物、硫化物等多种类型的纳米材料，具有操作简便、条件可控等优点。
八、电化学反应工程电化学反应工程是研究电化学反应过程和工艺的工程学科，主要涉及电解、电镀、燃料电池、电池等领域的反应过程和工艺技术。
无机电化学合成
无机电化学合成
电化学合成定义
• 电化学合成又称电解合成，是利用电解手段在电极表面进 行电极反应从而生成新物质的一种绿色合成技术。
电化学合成优点
• 电化学合成反应无需有毒或有危险的氧化剂和还原剂， “电子”本身就是清洁的反应试剂。 • 在电化学合成过程中，可通过改变电极电位合成不同的产物， 同时也可通过控制电极电位，使反应按预定的目标进行，从 而获得高纯度的产物，较高的收率及选择性。 • 在反应体系中，电子转移和化学反应这两个过程可同时进行。 • 电化学合成通常在常温、常压下进行，反应条件温和，能耗 低，设备造价低。
参考文献：
[1] 王维德，崔磊，林德茂，赵鹏. [J]化工进展, 2005,24(1):32~36 [2] 周贤洪，张国杰. [J]氯碱工业, 2000,1(1):1~4
谢谢！
富勒烯
全碳笼簇合物C60(富勒烯)
合成超导材料
制备Hg一1212超导薄膜 合成掺有Pb的Bi—Sr—Ca—CuO超导薄膜
无机电化学合成水处理剂
• 利用电化学合成方法制备水处理剂主要有高铁絮凝剂和聚 合氯化铝絮凝剂两类。 • 高铁是铁的六价化合物，具有氧化除污染、杀菌消毒、絮 凝助凝等多种水质净化效果，是一种具有重要应用价值的 新型高效水处理药剂。 • 聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的 架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、 电荷较高的无机高分子水处理药剂。
无机电化学合成工艺
• 电极过程：
1、反应物粒子自溶液本体向电极表面传递
2、反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进 行某种转化
3、在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应
4、电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化
电化学合成定义
• 电化学合成又称电解合成，是利用电解手段在电极表面进 行电极反应从而生成新物质的一种绿色合成技术。
电化学合成优点
• 电化学合成反应无需有毒或有危险的氧化剂和还原剂， “电子”本身就是清洁的反应试剂。 • 在电化学合成过程中，可通过改变电极电位合成不同的产物， 同时也可通过控制电极电位，使反应按预定的目标进行，从 而获得高纯度的产物，较高的收率及选择性。 • 在反应体系中，电子转移和化学反应这两个过程可同时进行。 • 电化学合成通常在常温、常压下进行，反应条件温和，能耗 低，设备造价低。
参考文献：
[1] 王维德，崔磊，林德茂，赵鹏. [J]化工进展, 2005,24(1):32~36 [2] 周贤洪，张国杰. [J]氯碱工业, 2000,1(1):1~4
谢谢！
富勒烯
全碳笼簇合物C60(富勒烯)
合成超导材料
制备Hg一1212超导薄膜 合成掺有Pb的Bi—Sr—Ca—CuO超导薄膜
无机电化学合成水处理剂
• 利用电化学合成方法制备水处理剂主要有高铁絮凝剂和聚 合氯化铝絮凝剂两类。 • 高铁是铁的六价化合物，具有氧化除污染、杀菌消毒、絮 凝助凝等多种水质净化效果，是一种具有重要应用价值的 新型高效水处理药剂。 • 聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的 架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、 电荷较高的无机高分子水处理药剂。
无机电化学合成工艺
• 电极过程：
1、反应物粒子自溶液本体向电极表面传递
2、反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进 行某种转化
3、在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应
4、电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化
电解合成技术在化工工艺中的应用
电解设备的检查与维修：定期检查电解设备的各个部件，如电极、导线、电源等， 及时发现并修复设备故障，确保设备正常运行。
电解液的更换与调整：根据生产需要定期更换或调整电解液的浓度和成分，保证电解 过程的稳定性和产品的质量。
安全操作与维护：遵循安全操作规程，确保电解设备的安全运行，同时注意设备的 维护和保养，延长设备的使用寿命。
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
电解合成技术是通过电解反应将电 能转化为化学能，使原料在电解过 程中得以合成的过程。
电解合成技术可以应用于多种化工 产品的生产，如氯碱、金属、氢气 等。
添ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标题
电流效率：电解合成技术的电流效率高， 能够有效地将电能转化为化学能，提高能 源利用效率。
离子传输：在电解过程中，离子通过电解 质溶液的传递，实现电子的转移和化学反 应的进行。
适用范围：电解合成技术适用于多种类型 的化学反应，如氧化还原反应、电镀、电 冶金等。
电解还原技术：利用电 解反应将化合物还原成 较稳定的物质或将金属 离子还原成金属单质
电解合成过程的智能化控制：实现 自动化和智能化生产
PART FOUR
电解槽：电解反应的主要设备，根据电解液的性质和电解反应的不同而有所差异 电源：提供电能，通常采用直流电源 电解液：传递电流的媒介，具有导电性 冷却设备：用于控制电解过程中的温度，保证电解反应的顺利进行
设备准备：检查电解槽、电极、电源等 设备是否完好，准备好所需试剂。
降低生产成本：通过电解合成技术，可以大幅度降低化工工艺中的原材料、能源和人 力成本。
提高生产效率：电解合成技术具有高效、快速的特点，能够缩短生产周期，提高产 能。
电解液的更换与调整：根据生产需要定期更换或调整电解液的浓度和成分，保证电解 过程的稳定性和产品的质量。
安全操作与维护：遵循安全操作规程，确保电解设备的安全运行，同时注意设备的 维护和保养，延长设备的使用寿命。
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
CONTENTS
PART ONE
PART TWO
电解合成技术是通过电解反应将电 能转化为化学能，使原料在电解过 程中得以合成的过程。
电解合成技术可以应用于多种化工 产品的生产，如氯碱、金属、氢气 等。
添ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ标题
电流效率：电解合成技术的电流效率高， 能够有效地将电能转化为化学能，提高能 源利用效率。
离子传输：在电解过程中，离子通过电解 质溶液的传递，实现电子的转移和化学反 应的进行。
适用范围：电解合成技术适用于多种类型 的化学反应，如氧化还原反应、电镀、电 冶金等。
电解还原技术：利用电 解反应将化合物还原成 较稳定的物质或将金属 离子还原成金属单质
电解合成过程的智能化控制：实现 自动化和智能化生产
PART FOUR
电解槽：电解反应的主要设备，根据电解液的性质和电解反应的不同而有所差异 电源：提供电能，通常采用直流电源 电解液：传递电流的媒介，具有导电性 冷却设备：用于控制电解过程中的温度，保证电解反应的顺利进行
设备准备：检查电解槽、电极、电源等 设备是否完好，准备好所需试剂。
降低生产成本：通过电解合成技术，可以大幅度降低化工工艺中的原材料、能源和人 力成本。
提高生产效率：电解合成技术具有高效、快速的特点，能够缩短生产周期，提高产 能。
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：
有机物的电解合成
• 目前，达到工业化生产的有机电合成产品已逾百种，孟山都公司电解 还原丙稀腈合成己二腈已经发展到年产10万吨，而实验室用电合成法 制备成功有待产业化的产品更是多达八千余种。
• 近10年来，我国有机电化学合成领域也得到较大发展，有10多个产品 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。 我国也于20世纪80年代初建立了第一套工业化生产装置――L半胱氨酸 盐酸盐水合物的合成。
• (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。
直接有机电合成反应的分类
2CH 2 CHCN 2H 2e CH 2 CHCN 2
电化学合成法规模效益小，但对小规模生产还是比较有利的：而且通 过调节电压、电流，反应易控制。虽然电的价格较高，对于生产少量、 多品种的精细化工产品来说，采用电化学方法还是很合适的。
“古老的科学，崭新的技术”
• 有机电化学合成与其它学科一样，也是在生产力不断发展的基础上 成长起来的。
• 早在19世纪初期，Rheinold发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂， 已经用稀醇溶液进行电解反应的研究。
• 媒质铈离子能反复循环使用，它实际上起着催化剂的作用解法 • 电化学反应易在水相中进行，在水相电导率高，槽电压低，降低能
耗，而产品常留在有机相中，易分离，在经济上有利。例如，电合 成己二腈，原料丙烯腈微溶于水，则以7％的浓度配成水相，加12％ 的季胺盐进行电还原，阴极反应为：
有机电合成方法与精细化工
医药品、香料、农药等称为精细化学品，是高附加值的产品，这类产 品一直用有机合成和发酵法生产，后来才认识到对这些精细化学品采 用电解合成的过程是极为有效的。
• 近10年来，我国有机电化学合成领域也得到较大发展，有10多个产品 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。 我国也于20世纪80年代初建立了第一套工业化生产装置――L半胱氨酸 盐酸盐水合物的合成。
• (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。
直接有机电合成反应的分类
2CH 2 CHCN 2H 2e CH 2 CHCN 2
电化学合成法规模效益小，但对小规模生产还是比较有利的：而且通 过调节电压、电流，反应易控制。虽然电的价格较高，对于生产少量、 多品种的精细化工产品来说，采用电化学方法还是很合适的。
“古老的科学，崭新的技术”
• 有机电化学合成与其它学科一样，也是在生产力不断发展的基础上 成长起来的。
• 早在19世纪初期，Rheinold发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂， 已经用稀醇溶液进行电解反应的研究。
• 媒质铈离子能反复循环使用，它实际上起着催化剂的作用解法 • 电化学反应易在水相中进行，在水相电导率高，槽电压低，降低能
耗，而产品常留在有机相中，易分离，在经济上有利。例如，电合 成己二腈，原料丙烯腈微溶于水，则以7％的浓度配成水相，加12％ 的季胺盐进行电还原，阴极反应为：
有机电合成方法与精细化工
医药品、香料、农药等称为精细化学品，是高附加值的产品，这类产 品一直用有机合成和发酵法生产，后来才认识到对这些精细化学品采 用电解合成的过程是极为有效的。
电解法在材料合成和制备中的应用
电解法在材料合成和制备中的应用电解法是一种通过电解过程来合成和制备材料的方法。
它广泛应用于化学、材料科学和工程等领域，并在实验室和工业生产中得到了广泛应用和发展。
本文将探讨电解法在材料合成和制备中的应用。
首先，电解法在金属材料的制备中起着重要作用。
对于一些金属材料的制备，电解法可以提供高纯度金属。
例如，电解法常用于铜、锡、铅等金属的提纯。
在电解过程中，经过精确的电极设计和电解液组成，可以实现有效地分离杂质离子，得到高纯度金属。
此外，电解法还可以用于制备银、金、铜等贵金属的纳米颗粒。
通过控制电解液中金属离子的浓度和电解条件，可以调节纳米颗粒的大小和形状。
这在纳米技术和催化剂研究中具有重要的应用价值。
其次，电解法在无机化合物的合成中也发挥着重要的作用。
通过电解法，可以快速合成各种无机化合物，如氧化物、硫化物、氮化物等。
在电解过程中，通过电极的极性和电解液的成分，可以调节反应的方向和速率。
例如，通过阳极氧化法可以得到高表面积的氧化物薄膜，用于传感器、电池等领域。
电解法还可以用于合成二氧化钛纳米管阵列。
在电解液中，钛片作为阳极进行阳极氧化，可通过调节电解条件来控制纳米管的直径和长度。
这些纳米管具有高比表面积和光催化性能，在太阳能电池、光催化分解水等方面有广泛的应用。
此外，电解法还用于有机材料的制备。
通过电解法，可以在电解液中合成有机化合物，并实现定向组装和自组装。
例如，电解合成聚合物的方法被广泛用于聚合物薄膜和纳米颗粒的制备。
在电解过程中，电极和电解液中的单体可以在合适的电位下进行聚合反应。
这种方法具有反应条件温和、反应过程可控的优点，可以合成高分子量聚合物。
除了聚合物的制备，电解法还可以用于合成有机晶体、药物等有机材料。
综上所述，电解法在材料合成和制备中具有广泛的应用。
通过控制电解条件和电解液的组成，可以实现对材料性质的调控。
电解法在金属材料的提纯、纳米粒子的制备、无机化合物的合成以及有机材料的制备方面都有重要的应用价值。
有机物的电解制备
生产流程如图6-3所示
存在问题： 电解液的电导性能差，造成欧姆电势降IR大，槽电压高，能耗大； 需要使用分离膜，IR损失大，为防止导致副产物的碱催化反应，还需要采用湍流推进器和高流速，增加了电解槽投资； 萃取己二胺和回收季胺盐的设备复杂。
4．新的改进
自上述方法投产后，人们继续对其进行研究，提出了许多改进措施，生产过程日臻完善。现将一些主要的改进简介如下。 德国的低空隙无隔膜电解槽 在这种电解槽中阳极反应不再是放氧反应，而改为：
我国河北省宣化化工厂巳将该方法工业化，工艺简单，无污染，电解产率达90％以上。
法国、日本等国家也已工业化。
章节一
在无隔膜的电解槽内进行的。一电极合成的产品直接到另一电极反应合成最终产品。
还有一种同时利用阳极和阴极合成的方式：
阴、阳极均用铅板，阳极用Cr3+/Cr6+作氧化媒质，采用槽外式间接电氧化法将对硝基甲苯氧化为对硝基苯甲酸，阴极用Zn2+／Zn作还原媒质，采用槽内式间接电还原将对硝基苯甲酸还原为对氨基苯甲酸。 实现对硝基苯甲酸一步电解合成对氨基苯甲酸，缩短了生产工艺。阳极反应：
电解液组成为：
(2)日本的两相电解法
阴极电解液分为两相，以Pb为阴极，水相中含CH2=CHCN（7%）+Bu2NHSO4(12％)， 有机相为CH2=CHCN。随着电解还原的进行，水相中所减少的丙烯腈由有机相中补给，这实际就是一种相转移电解法。此法的优点是：季胺盐用量少；不用分离膜，槽电压降低；萃取步骤减少。
4．发展间接的电解合成法
(1)间接电还原：
利用媒介质在电极上产生还原剂，然后反应底物进行化学反应，还原剂被氧化后回到阴极上再生，还原剂循环使用而反应物不断生成。 媒介质多为无机物离子对，如Cr3+／Cr6+，Ce3+／Ce4+，Mn2+／Mn3+等，很容易实现电极过程，电流效高，电解工艺简单，从而可达到节能的目的。
材料合成与制备 第3章 电解合成
(3)合成中间价态或特殊低价元素化合物
碘仿(三碘甲烷)是一种氧化剂，具有很强的杀菌和局部抗感染 能力，广泛应用于医药工业，如药物合成中间体、消毒杀菌剂、医 药防腐剂、齿科添充制剂等；此外其尚可用于感光材料等，是一种 较重要的精细化学品。碘仿合成的传统工艺是由乙醇(或丙酮)与碘 的碱性溶液反应制得。
2、电解合成的优缺点
优点： (1)电解合成大部分在常温常压下进行，不需要特别的加 热、加压设备
(2)反应选择性高、副反应少、可制备出许多特定价态的化合物。 (3)产物的收率和纯度高，环境污染小。 (4)工艺参数易于控制、生产过程自动化程度高。 (5)可以用于制备其它方法不能制备的物质和聚集态。 缺点：耗电量大、电解槽结构复杂、电极寿命短。
电流密度(I/A)决定了电解过程的速率，电流密度增大，电解能力 (包括副反应)加快。为了提高产物的纯度和电流效率，常采用大的电 流强度和增大电极面积方法。
电解液性能：电导、电解液杂质离子净化 电解液必须稳定、电导性能良好、能使产物具有良好的析出状
态和吸收率、尽量不产生有害气体及发生副反应。电解液由主体电 解质和附加物质(不进行电解反应)组成。加入附加物质主要用于解 决以下问题：
阴极反应为： Li+e → Li； 与此同时，AlCl4-离子向阳极迁移，在阳极上失去电子，被氧 化成Cl和AlCl3，初生态的原子氯很快两两结台，生成Cl2放出AlCl3 则插入石墨层间。
阳极反应为： nC + AlCl3 → nC·AlCl3 + l/2Cl2 + Li 总反应方程式为：nC + Li+ + AlCl4 → nC·AlCl3 + l/2Cl2 + Li
物电极、陶瓷电极。由于本实验中阴极反应要在低电位下进行， 这必然要求阴极材料有很高的析氢过电位。常用析氢过电位高的 阴极材料有Hg，Pd，Cd，Zn，Sn和C，其中Hg，Pd，Cd有毒， Zn和Sn电极耐酸性差，因此选用导电石墨板作阴极。作为阳极 材料受到氧化条件下的稳定性和氧析出反应竞争反应的制约，可 供选择的阳极材料有Pt，镀Pt的Ti(Nb，Ta)，PbO2和碳材料。
电解法在化学合成中的应用
电解法在化学合成中的应用电解法是一种常用于化学合成的方法。
它利用电流通过电解液导电的特性，将化学反应转化为电化学过程，从而实现物质的合成。
在现代化学工业中，电解法已经成为一种重要的合成方法，被广泛应用于各个领域。
电解法在化学合成中的一个重要应用是电解合成有机化合物。
有机化合物是我们日常生活中常见的化学物质，包括塑料、纤维、涂料等。
传统的有机化合物合成方法通常需要高温、高压等条件，而电解法则能够在常温、常压下进行合成，具有环保、能源节约等优势。
例如，通过电解法可以合成氯化聚乙烯（PVC），这是一种重要的塑料材料。
电解法通过电解液中的氯离子和乙烯单体反应，使其发生聚合反应，最终得到聚乙烯的有机化合物。
除了有机化合物的合成，电解法还可以应用于金属的提取和制备过程。
电解法提取金属的原理是利用电流通过电解液，将金属的阳离子还原成金属原子，并沉积在阴极上。
这种方法广泛应用于铜、铝等金属的提取过程中。
以铜的提取为例，电解法可以将铜矿中的铜离子还原成纯铜，达到提取金属的目的。
此外，电解法还可以用于金属的纯化和制备过程。
例如，电解法可以通过电解液中的金属离子沉积在阴极上，纯化铜、镀金属等过程。
电解法还可以应用于化学合成的其他领域，如电解水制氢。
电解水制氢是一种通过电解水分解得到氢气的方法。
具体来说，当电流通过含有水的电解液时，水分子会发生电解反应，产生氢气和氧气。
这种方法是一种绿色、可持续的氢气制备方式，对于解决能源危机和环境问题具有重要意义。
电解法制氢被广泛应用于燃料电池、氢能源等领域，推动了氢能源的研究与开发。
总之，电解法是一种在化学合成中广泛应用的方法。
它通过电流通过电解液导电的特性，实现了化学反应的电化学过程，对于有机化合物的合成、金属的提取和制备等领域起到了重要作用。
随着技术的不断发展，电解法在化学合成中的应用将会得到进一步扩展，为化学工业的发展和进步提供更多可能。
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。
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表3.1第一类导体、超导体、绝缘体电导率（25℃）
物质 Cu Al Pt Pb Ti Hg
κ/Ω-1· ㎝-1
5.6×105 3.5×105 1.0×105 4.5×104 1.8×104 1.0×104
金属
物质 超导 石墨 半导体(Si) 水 玻璃 绝缘体 云母
κ/Ω-1· ㎝-1
1020 2.5×102 0.01 10-7 ～10-14 10-16
倒数）表示。 a. 电导(G)及电导率(K)
1 I G R U
A GK l
l 1 l K G ( ) A R A
电导率的物理意义是电极面积各为1cm2，两电极相距1cm时溶液 的电导，其数值与电解质种类、溶液浓度及温度等因素有关。
3
（1） 电解质溶液的电导
不同种类的电解质，由于其正负离子的电量及其运 动速度不同，而使其导电能力不同，即导电率不同。
4
（1） 电解质溶液的电导
强电解质与弱电解质溶液的电导率 随浓度的变化规律有所不同，强酸 和强碱的电导率最大，盐类次之。 不论强、弱电解质，浓度增大时， 电导率均呈现先增加后降低的趋势。 在一定浓度范围内，随着电解质溶 液浓度的增加，电解质溶液中导电 质点数量的增加占主导，因而溶液 的电导率随之增加；当浓度增加到 一定程度后，由于溶液中离子间的 距离减小，相互作用增强，使离子 运动速度减小，电导率下降。
5
电解质溶液的浓度对 电导率的影响
3.1电解合成原理
一、电解合成的理论基础
2、电化学热力学
电动势和理论分解电压
电动势：在一个电化学反应器中，当无电流通过时，两电极之间
自发产生的电位差。
理论分解电压：对电解池来说，电动势是电解反应所需的最低电
压值。
6
3.2 电解合成原理
一、电解合成的理论基础
2、电化学热力学
18
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
2、电解槽的基本结构及材料
离子导体： 电解质溶液、熔盐(离子熔体)、固体电解质或超临界流体； 离子导体必须有良好的稳定性和较高的电导率。
19
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
2、电解槽的基本结构及材料
隔离器作用： 使极性不同的两个电极隔离，防止短路（包括防止由于电极上 形成枝晶而引起的短路）； 阻止阳极液与阴极液的混合，限制悬浮颗粒或胶体在两电极之 间转移； 保存电极上的活性材料，防止它们碎裂和脱落。。
3、电极上产生超电位的原因
浓差过电位：由于电解过程中电极上发生了化学反应，消耗了 电解液中的有效成分，使得电极附近电解液的浓度和远离电极 的电解液的浓度（本体浓度）发生差别所造成。 电阻过电位：由于电解过程中在电极表面形成一层氧化物的薄 膜或其它物质，对电流的通过产生阻力而引起的。 活化过电位：由于在电极上进行的电化学反应速率往往不大， 易产生电化学极化，从而引起过电位。在电极上有氢或氧形成 时，活化过电位更为显著。
3.3 电解合成工艺
二、电解合成工艺过程
2、电解合成工艺
工艺流程：电解合成前处理、电解合成及电解合成后处理。 电解合成是最重要的步骤； 电解合成前后处理通常为净化、除湿、精制、分离等操作。
26
3.3 电解合成工艺
二、电解合成工艺过程
2、电解合成工艺
电解合成影响因素：
电流密度大小：决定着电解过程进行的速度，还影响着阴极析出物的状态；
3.3 电解合成工艺
二、电解合成工艺过程
1、电解合成术语
电能效率（ζ）：
E可 逆 V槽
E可 逆 V槽
电压效率
时空产率： 单位体积的电解槽在单位时间内所得到产物量。用来表示电 解槽的生产能力，即生产率的高低。它与电流密度、电流效率与 电解槽单位体积内的电极面积的乘积成正比。
24
3.3 电解合成工艺
E外 E可逆 E不可逆 E电阻
E可逆为电解过程中产生的原电池电动势； E电阻为电解池内溶液电阻产生的电压降（IR）； E不可逆为超电压部分（极化所致）。
10
a1 RT E E0 ln nF a2
实际分解电压：理论电解电压与超电压之和。
分解电压
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
22
3.3 电解合成工艺
二、电解合成工艺过程
1、电解合成术语
电流效率（η）：
产物的理论耗电量 实际耗电总量
理论耗电量由法拉第定律计算，实际耗电量由实际的电流测定值
与时间的乘积计算。由于有副反应发生，电流效率＜ 1。
电能耗：
电 能 耗 nFV槽
M 3.6 103
23
kWh kg 1
电解槽中发生的主要过程是电化学反应，包括电荷、质量、热 量和动量的4种传递过程，服从电化学热力学、电极过程动力学 及传递过程的基本规律。
一种特殊的化学反应器。
16
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
1、电解槽的基本特征和要求
电解槽要求： 尽可能简单，如隔膜、搅拌装置等可省去； 尽量使各个过程在电解槽内进行； 电极上的电位分布尽量均匀； 阴、阳两极之间的隔膜电阻尽可能少； 所用材料在电解液中长时间使用（如耐腐蚀好等）；
应器（电解池，电解槽，电
解炉），其装置包括5部分：
电源、阴极和阳极、电解容
器、电压测量仪表、电流测 量仪表。
15
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
1、电解槽的基本特征和要求
电解槽基本特征： 由两个电极（第一类导体）和电解质（第二类导体）构成。 由外部输入电能，在电极和电解液界面上发生电化学反应。
20
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
3、电解槽的分类
实验室有电解槽： 玻璃吹制或塑料制成。
实验室用电解槽
21
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
3、电解槽的分类
工业用电解槽： 按结构分为箱式电解槽、压滤机式或板框式电解槽和特殊结构 的电解槽。箱式电解槽广泛应用于工业电解、电镀、化学电源 科研各个领域。 按工作方式分为间歇式电解槽、柱塞流电解槽和连续搅拌箱式 或返混式电解槽。
二、电解合成工艺过程
2、电解合成工艺
电极过程： 反应物粒子自溶液本体向电极表面传递； 反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化；
在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应； 电极反应产物自电极表面向溶液本体传递。
25
电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化；
一、电解合成的理论基础
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影响很大。
“电极/溶液”界面对 电极反应动力学性质 的影响因素
“化学因素”
“电场因素”
电极材料的化学性质 与表面状态。
8
“电极/溶液”界面上 的电场强度
3.1电解合成原理
二、电解合成的基本原理
1、电解原理
通直流电后，离子作定向运动。阳离子向阴极移动，在阴极得到 电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。
隔膜 阳 极 阴 极
电解质
9
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
2、电解电压
理论电解电压（能斯特方程）： α1、α2分别为还原态和氧化态物质的活度。 若令外加电动势为E外，则有
尽量保证电解槽传输过程通畅。
17
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
2、电解槽的基本结构及材料
电极材料及选择： 活性电极材料：使用活性金属阳极（称为反应剂）；
“惰性”电极材料：作为反应物种进行电子传递反应和表面化 学反应的场所。常用电极材料有金属与合金、碳质材料、金属 氧化物及陶瓷材料。电极材料必须具有良好的物理性质、化学 稳定、机械稳定性及导电能力。
第
3
电
章
解 合 成
3.1电解合成原理
一、电解合成的理论基础
1、电解质溶液的基本性质
电解质溶液 电解液按其组成 及结构分类 熔融电解质
溶剂不同 电解质水 溶液 非电解质水 溶液
2
（1） 电解质溶液的电导
电解质溶液的导电是由于电场中离子定向移动的结果，阴离
子移向阳极，阳离子移向阴极，其导电能力大小用电导（电阻的
5、电解过程
金属电极过程：包括金属电沉积和金属溶解。
气体电极过程：如电解盐酸溶液的阴、阳极反应。
电解氧化还原过程：这里指的是除金属电极过程和气体电极过 程以外的电解过程，而且其反应物通常都是可溶的。电还原过 程是电活性物质从阴极上得到电子并转化为产物；而电氧化过 程则分为不溶性阳极和可溶性阳极两种情况。
电极电位和标准电极电位
电极电位：将一金属电极浸入到具有该金属离子的电解质溶液
中，在金属和溶液的界面处产生的电位差。电极电位的绝对值无
法测量，其值是相对于标准氢电极的电极电势为零时的相对量。
奈斯特（Nernst）公式：
2.303RT a氧化态 0 lg nF a还原态
7
3.2 电解合成原理
13
3.2 电解合成原理
三、电解合成的适用范围
1、纳米材料 2、电极材料 3、功能材料
如石墨层间化合物以及纳米粒子、薄膜、晶体。
如锂离子电池电极材料。 如分子筛、多孔膜。 如富勒烯C60、超导薄膜。
富 勒 烯 分 子 筛
4、超导材料
14
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
进行电解的装置叫电化学反
11
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
4、影响过电位的因素
物质 Cu Al Pt Pb Ti Hg
κ/Ω-1· ㎝-1
5.6×105 3.5×105 1.0×105 4.5×104 1.8×104 1.0×104
金属
物质 超导 石墨 半导体(Si) 水 玻璃 绝缘体 云母
κ/Ω-1· ㎝-1
1020 2.5×102 0.01 10-7 ～10-14 10-16
倒数）表示。 a. 电导(G)及电导率(K)
1 I G R U
A GK l
l 1 l K G ( ) A R A
电导率的物理意义是电极面积各为1cm2，两电极相距1cm时溶液 的电导，其数值与电解质种类、溶液浓度及温度等因素有关。
3
（1） 电解质溶液的电导
不同种类的电解质，由于其正负离子的电量及其运 动速度不同，而使其导电能力不同，即导电率不同。
4
（1） 电解质溶液的电导
强电解质与弱电解质溶液的电导率 随浓度的变化规律有所不同，强酸 和强碱的电导率最大，盐类次之。 不论强、弱电解质，浓度增大时， 电导率均呈现先增加后降低的趋势。 在一定浓度范围内，随着电解质溶 液浓度的增加，电解质溶液中导电 质点数量的增加占主导，因而溶液 的电导率随之增加；当浓度增加到 一定程度后，由于溶液中离子间的 距离减小，相互作用增强，使离子 运动速度减小，电导率下降。
5
电解质溶液的浓度对 电导率的影响
3.1电解合成原理
一、电解合成的理论基础
2、电化学热力学
电动势和理论分解电压
电动势：在一个电化学反应器中，当无电流通过时，两电极之间
自发产生的电位差。
理论分解电压：对电解池来说，电动势是电解反应所需的最低电
压值。
6
3.2 电解合成原理
一、电解合成的理论基础
2、电化学热力学
18
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
2、电解槽的基本结构及材料
离子导体： 电解质溶液、熔盐(离子熔体)、固体电解质或超临界流体； 离子导体必须有良好的稳定性和较高的电导率。
19
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
2、电解槽的基本结构及材料
隔离器作用： 使极性不同的两个电极隔离，防止短路（包括防止由于电极上 形成枝晶而引起的短路）； 阻止阳极液与阴极液的混合，限制悬浮颗粒或胶体在两电极之 间转移； 保存电极上的活性材料，防止它们碎裂和脱落。。
3、电极上产生超电位的原因
浓差过电位：由于电解过程中电极上发生了化学反应，消耗了 电解液中的有效成分，使得电极附近电解液的浓度和远离电极 的电解液的浓度（本体浓度）发生差别所造成。 电阻过电位：由于电解过程中在电极表面形成一层氧化物的薄 膜或其它物质，对电流的通过产生阻力而引起的。 活化过电位：由于在电极上进行的电化学反应速率往往不大， 易产生电化学极化，从而引起过电位。在电极上有氢或氧形成 时，活化过电位更为显著。
3.3 电解合成工艺
二、电解合成工艺过程
2、电解合成工艺
工艺流程：电解合成前处理、电解合成及电解合成后处理。 电解合成是最重要的步骤； 电解合成前后处理通常为净化、除湿、精制、分离等操作。
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3.3 电解合成工艺
二、电解合成工艺过程
2、电解合成工艺
电解合成影响因素：
电流密度大小：决定着电解过程进行的速度，还影响着阴极析出物的状态；
3.3 电解合成工艺
二、电解合成工艺过程
1、电解合成术语
电能效率（ζ）：
E可 逆 V槽
E可 逆 V槽
电压效率
时空产率： 单位体积的电解槽在单位时间内所得到产物量。用来表示电 解槽的生产能力，即生产率的高低。它与电流密度、电流效率与 电解槽单位体积内的电极面积的乘积成正比。
24
3.3 电解合成工艺
E外 E可逆 E不可逆 E电阻
E可逆为电解过程中产生的原电池电动势； E电阻为电解池内溶液电阻产生的电压降（IR）； E不可逆为超电压部分（极化所致）。
10
a1 RT E E0 ln nF a2
实际分解电压：理论电解电压与超电压之和。
分解电压
3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
22
3.3 电解合成工艺
二、电解合成工艺过程
1、电解合成术语
电流效率（η）：
产物的理论耗电量 实际耗电总量
理论耗电量由法拉第定律计算，实际耗电量由实际的电流测定值
与时间的乘积计算。由于有副反应发生，电流效率＜ 1。
电能耗：
电 能 耗 nFV槽
M 3.6 103
23
kWh kg 1
电解槽中发生的主要过程是电化学反应，包括电荷、质量、热 量和动量的4种传递过程，服从电化学热力学、电极过程动力学 及传递过程的基本规律。
一种特殊的化学反应器。
16
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
1、电解槽的基本特征和要求
电解槽要求： 尽可能简单，如隔膜、搅拌装置等可省去； 尽量使各个过程在电解槽内进行； 电极上的电位分布尽量均匀； 阴、阳两极之间的隔膜电阻尽可能少； 所用材料在电解液中长时间使用（如耐腐蚀好等）；
应器（电解池，电解槽，电
解炉），其装置包括5部分：
电源、阴极和阳极、电解容
器、电压测量仪表、电流测 量仪表。
15
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
1、电解槽的基本特征和要求
电解槽基本特征： 由两个电极（第一类导体）和电解质（第二类导体）构成。 由外部输入电能，在电极和电解液界面上发生电化学反应。
20
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
3、电解槽的分类
实验室有电解槽： 玻璃吹制或塑料制成。
实验室用电解槽
21
3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
3、电解槽的分类
工业用电解槽： 按结构分为箱式电解槽、压滤机式或板框式电解槽和特殊结构 的电解槽。箱式电解槽广泛应用于工业电解、电镀、化学电源 科研各个领域。 按工作方式分为间歇式电解槽、柱塞流电解槽和连续搅拌箱式 或返混式电解槽。
二、电解合成工艺过程
2、电解合成工艺
电极过程： 反应物粒子自溶液本体向电极表面传递； 反应物粒子在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化；
在电极与溶液之间的界面上进行得失电子的电极反应； 电极反应产物自电极表面向溶液本体传递。
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电极反应产物在电极表面或电极表面附近液层中进行某种转化；
一、电解合成的理论基础
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影响很大。
“电极/溶液”界面对 电极反应动力学性质 的影响因素
“化学因素”
“电场因素”
电极材料的化学性质 与表面状态。
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“电极/溶液”界面上 的电场强度
3.1电解合成原理
二、电解合成的基本原理
1、电解原理
通直流电后，离子作定向运动。阳离子向阴极移动，在阴极得到 电子，被还原；阴离子向阳极移动，在阳极失去电子，被氧化。
隔膜 阳 极 阴 极
电解质
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3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
2、电解电压
理论电解电压（能斯特方程）： α1、α2分别为还原态和氧化态物质的活度。 若令外加电动势为E外，则有
尽量保证电解槽传输过程通畅。
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3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
2、电解槽的基本结构及材料
电极材料及选择： 活性电极材料：使用活性金属阳极（称为反应剂）；
“惰性”电极材料：作为反应物种进行电子传递反应和表面化 学反应的场所。常用电极材料有金属与合金、碳质材料、金属 氧化物及陶瓷材料。电极材料必须具有良好的物理性质、化学 稳定、机械稳定性及导电能力。
第
3
电
章
解 合 成
3.1电解合成原理
一、电解合成的理论基础
1、电解质溶液的基本性质
电解质溶液 电解液按其组成 及结构分类 熔融电解质
溶剂不同 电解质水 溶液 非电解质水 溶液
2
（1） 电解质溶液的电导
电解质溶液的导电是由于电场中离子定向移动的结果，阴离
子移向阳极，阳离子移向阴极，其导电能力大小用电导（电阻的
5、电解过程
金属电极过程：包括金属电沉积和金属溶解。
气体电极过程：如电解盐酸溶液的阴、阳极反应。
电解氧化还原过程：这里指的是除金属电极过程和气体电极过 程以外的电解过程，而且其反应物通常都是可溶的。电还原过 程是电活性物质从阴极上得到电子并转化为产物；而电氧化过 程则分为不溶性阳极和可溶性阳极两种情况。
电极电位和标准电极电位
电极电位：将一金属电极浸入到具有该金属离子的电解质溶液
中，在金属和溶液的界面处产生的电位差。电极电位的绝对值无
法测量，其值是相对于标准氢电极的电极电势为零时的相对量。
奈斯特（Nernst）公式：
2.303RT a氧化态 0 lg nF a还原态
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3.2 电解合成原理
13
3.2 电解合成原理
三、电解合成的适用范围
1、纳米材料 2、电极材料 3、功能材料
如石墨层间化合物以及纳米粒子、薄膜、晶体。
如锂离子电池电极材料。 如分子筛、多孔膜。 如富勒烯C60、超导薄膜。
富 勒 烯 分 子 筛
4、超导材料
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3.3 电解合成工艺
一、电解合成设备
进行电解的装置叫电化学反
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3.2 电解合成原理
二、电解合成的基本原理
4、影响过电位的因素