电化学的发展史

电化学的发展史

201013020427 杨艳艳

摘要: 电化学是研究电与化学反应相互关系的学科, 主要通过化学反应来产生电能以及研究电流导致化学变化方面的研究。主要介绍电化学200多年的发展史以及探讨未来电化学的研究动向。

关键词:电化学发展史未来

电化学的发展从伏特的第一个化学电池开始已经经历过两个多世纪的

发展。现在的电化学已经成为国民经济与工业中不可缺少的一部分,应用于

各个不同的领域,例如; 电解、电镀、光电化学、电催化、金属腐蚀等。同

时电化学在生物、汽车工业、分析等这些新兴科学范畴也占有着举足轻重的

作用。

1电化学

电化学是研究电和化学反应之间的相互作用，化学能和电能之间的相互转化及相关规律的科学。电化学是物理化学的重要分支，主要研究电子导体一离子导体、离子导体一离子导体的界面现象、结构化学过程以及与此相关现象。研究内容包括2个方面：(1)电解质研究(电解质的导电性质、离子的传输特性、参与反应的离子的平衡性质等)；(2)电极研究(电化学界面的平衡性质和非平衡性质)。现代电化学是十分注重研究电化学界面结构、界面上的电化学行为及其动力学。电化学现象普遍存在于自然界，如金属的腐蚀、人或动物的肌肉运动、大脑信息的传递、生物电流以及细胞膜的功能机制等等，无不涉及电化学过程的作用。电化学技术成果与人类的生活和生产实际密切相关，如化学电源、腐蚀保护、表面精蚀、金属精炼、各种化学药品的电解合成、治理环境、人造器官、生物电池、心脑电图、信息传递等。涉及电化学研究领域十分广泛，其理论方法和技术应用越来越多地与其他自然科学或技术学科相互交叉、相互渗透[1]。

电化学是一门古老而又年轻的学科，一般公认电化学起源于1791年意大利解剖学家伽伐尼(Gal一vani)发现解剖刀或金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象；1800年伏特(Volta)制成了第一个实用电池，开始了电化学研究的新时代。在经历了一个多世纪以后，电化学科学的发展和成就举世瞩目，无论是基础研究还是技术应用，从理论到方法，都有许多重大突破。电化学科学的发展，推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、材料、环保、信息、生命等问题，已经作出并正在作出巨大的贡献。

2早期电化学发展的四

大事件

(1)1780年伽伐尼在青蛙解剖实验中发现当青蛙的四条腿猛烈痉挛时, 会引起起电机的发出火花, 由这个意外的发现伽伐尼在1791年发表了生物学与电化学之间存在联系的现象。

(2)1833年天才实验家法拉第在经过大量实验之后提出了“电解定律”:m=QM/nF。“电解定律”作为电化学的基础为电化学的发展指明了方向。

(3)1839年格罗夫发明燃料电池,利用铂黑作为电极的氢氧燃料电池点燃了演讲厅的照明灯, 从此燃料电池进入了历史的舞台。燃料电池发展到现在已经有了实质性的飞跃。

(4)1905年塔菲尔通过实验获得了塔菲尔经验公式：

η=a+blgi;i=Aexp(Bη/RT)

其中a,b称为塔菲尔常数,由电解槽性质决定[2]。

3 发展趋势

3.1 20 世纪后五十年电化学的回顾

20 世纪后50年,在电化学的发展史上出现了两个里程碑:Heyrovsky 因创立极谱技术而获得1959 年的诺贝尔化学奖,Marcus 因电子传递理论(包括匀相和异相体系的电子传递) 而获得1992 年的诺贝尔化学奖. Marcus 工作的开拓性部分是在50 年代后期创立的. 这一时期,电化学在理论、实验和应用领域均有长足的、关键的发展,并且主要集中在界面电化学(包括界面结构、界面电子传递和表面电化学)[3]。

20世纪后50 年是电化学新体系研究和实验信息的丰产期. 实验上发现了一些有重要意义的表面光谱效应,包括金属、半导体电极的电反射效应,金属电极表面红外光谱选律,表面分子振动光谱的电化学Stark 效应,表面增强拉曼散射效应,表面增强红外吸收效应. 这一时期电化学应用技术也有不小的突破. 发明了对信息技术至关重要的锂离子二次电池,镍氢化物电池和导电聚合物电池。被誉为21 世纪“绿色”发电站和解决电动汽车动力最佳选择的燃料电池,从实验室研究进入商品化的前夕,已筛选出最有商品化希望的四种燃料电池:磷酸燃料电池(PAFC),熔融碳酸盐燃料电池(MCFC) ,固体氧化物燃料电池(SOFC) 和聚合物电解质燃料电池(PEFC) ,此外甲醇直接燃料电池的实验室研究也倍受重视。电催化氧化物电极,例如二氧化钌电极在电解工业的应用,引来了氯碱工业的一场革命. 表面功能电沉积给古老的电镀工业带来了新生. 钝化、表面处理、涂层、缓蚀剂、阴极和阳极保护

等技术在金属防腐蚀中的广泛应用,保证金属成为现代社会的支柱材料成为可能[4]。

3.2 21 世纪的若干发展趋势

21 世纪的前期,界面电化学的分子、原子水平研究仍然是电化学理论研究的重点,主要有:界面结构微观模型的进一步完善,尤其是离子特性吸附结构模型和半导体-溶液界面微观模型的建立,界面结构微观模型在界面传荷动力学和表面电化学中的应用;Marcus 固-液界面电子传递理论的进一步完善,建立内球过程的电子传递理论,电子传递理论的进一步实验验证,以及在电化学新体系中的应用;化学键合吸附(包括电催化过程的吸附) 的量子化学模型及计算、表面化学键的性质;纳微米体系的界面结构、界面动电现象、界面电子传递、光电过程、发光过程等实验和理论[5]。

21 世纪,由于材料、能源、信息、生命、环境对电化学技术的要求,电化学新体系和新材料的研究将有较大的发展. 目前可预见的有:1) 纳米材料的电化学合成;2) 纳米电子学中元器件、集成电路板、纳米电池、纳米光源的电化学制备;3) 微系统、芯片实验室的电化学加工以及界面动电现象在驱动微液流中的应用;4) 电动汽车的化学电源和信息产业的配套电源;5) 氢能源的电解制备;6) 太阳能利用实用化中的固态光电化学电池和光催化合成;7) 消除环境污染的光催化技术和电化学技术;8) 玻璃、陶瓷、织物等的自洁、杀菌技术中的光催化和光诱导表面能技术;9) 生物大分子、活性小分子、药物分子的电化学研究;10) 微型电化学传感器的研制。

21 世纪前期,电化学实验技术估计不会有大的突破,我国电化学队伍中的量子电化学力量相对薄弱,而21 世纪前期电化学的机会将较多地赋予电化学新体系. 因此,我国电化学研究应当向电化学新体系研究倾斜,包括研制电化学体系新材料,新体系的结构和性能,新体系的应用基础等的研究。

参考文献：

[1]王淑敏,王作辉,电化学的应用和发展.2010年38卷第8期。

[2]汪丰云.有机电化学的发展史.化学教育.2001年第7～8合期

[2]岑远.电化学的发展及应用.科技创新导报.2012 NO4

[3]分析实验室: 电化学分析的发展和应用. 2003年11月第22卷第6期.

[4]林仲华.21 世纪电化学的若干发展趋势.电化学.2002年2月第8卷第2期.