电化学极化
电化学第3章电化学极化讲解
电化学第3章电化学极化讲解第3章电化学极化（电荷转移步骤动⼒学）绪论中曾提到：⼀个电极反应是由若⼲个基本步骤形成的，⼀个反应⾄少有三个基本步骤：00R R ze O O s s →→+→-1) 反应粒⼦⾃溶液深处向电极表⾯的扩散——液相传质步骤。
2) 反应粒⼦在界⾯得失电⼦的过程——电化学步骤。
3) 产物⽣成新相，或向溶液深处扩散。
当有外电流通过电极时，?将偏离平衡值，我们就说此时发⽣了极化。
如果传质过程是最慢步骤，则?的偏离是由浓度极化引起的（此时0i s i C C ≠，e ?的计算严格说是⽤s i C 。
⽆浓度极化时0i s i C C =，?的改变是由s i C 的变化引起）。
这时电化学步骤是快步骤，平衡状态基本没有破坏。
因此反映这⼀步骤平衡特征的Nernst ⽅程仍能使⽤，但须⽤?代e ?，s i C 代0i C ，这属于下⼀章的研究内容。
如果传质等步骤是快步骤，⽽电化学步骤成为控制步骤，则这时?偏离e ?是由电化学极化引起的，也就是本章研究的内容。
实际上该过程常常是⽐较慢的，反应中电荷在界⾯有积累（数量渐增），?随之变化。
由此引起的?偏离就是电化学极化，这时Nernst ⽅程显然不适⽤了，这时?的改变将直接以所谓“动⼒学⽅式”来影响反应速度。
3.1 电极电位与电化学反应速度的关系电化学反应是⼀种特殊的氧化—还原反应（⼀个电极上既有氧化过程，⼜有还原过程）。
若⼀个电极上有净的氧化反应发⽣，⽽另⼀个电极上有净的还原反应发⽣，则在这两个电极所构成的电化学装置中将有电流通过，⽽这个电流刚好表征了反应速度的⼤⼩，)(nFv i v i =∝[故电化学中总是⽤i 表⽰v ，⼜i 为电信号，易测量，稳态下串联各步速度同，故浓差控制也⽤i 表⽰v 。
i 的单位为A/cm 2，zF 的单位为C/mol ，V 的单位为mol/（cm 2.s ）]。
既然电极上有净的反应发⽣（反应不可逆了），说明电极发⽣了极化，?偏离了平衡值，偏离的程度⽤η表⽰，极化的⼤⼩与反应速度的⼤⼩有关，这⾥就来研究i ~?⼆者间的关系。
电化学极化、浓度极化和欧姆极化
电化学极化、浓度极化和欧姆极化
电化学极化：电化学极化是指在电解质溶液中，由于电解质离子在电场作用下发生偏移而引起的极化现象。
当外电场作用于电解质溶液时，溶液中的正、负离子将会受到电场力的作用而偏移，形成电场效应。
这种电场效应导致溶液中出现电偶极子，从而引起溶液的极化现象。
浓度极化：浓度极化是指在电解质溶液中，由于电解质离子在极化过程中的相互作用和堆积所引起的极化现象。
在电解质溶液中，电极表面附近的离子浓度可能会因为极化而发生变化，造成离子浓度梯度。
这种梯度会产生离子迁移的阻力，称为浓度极化。
欧姆极化：欧姆极化是指电解液在电流通过时，由于电流通过时的电阻产生的极化现象。
当电流通过电解质溶液时，溶液内部会发生电势降，并且由于溶液的电阻性质，电流通过时会产生电流密度不均匀的分布。
这种电流密度的不均匀分布导致了电极表面局部电流密度较大，从而引起电势差。
这种电势差所引起的极化现象称为欧姆极化。
电化学极化 电压滞后
电化学极化电压滞后
电化学极化是指在电化学系统中，由于电极表面的化学反应而产生的极化现象。
电化学极化是电化学过程中的重要现象，它在许多领域都有着重要的应用，比如电化学储能、电化学传感器等。
而电压滞后则是指在电化学系统中，电压的变化与电流的变化之间存在一定的滞后现象。
这种现象在电化学系统中也是十分常见的，对于理解电化学过程和优化电化学系统具有重要意义。
电化学极化和电压滞后的研究不仅对于深入理解电化学过程有着重要意义，同时也对于提高电化学系统的性能和效率具有重要的指导意义。
在电化学储能领域，电化学极化和电压滞后的研究可以帮助我们设计更高效的电池和超级电容器，提高能量密度和循环寿命。
在电化学传感器领域，电化学极化和电压滞后的研究可以帮助我们设计更灵敏的传感器，并提高传感器的响应速度和稳定性。
为了充分发挥电化学极化和电压滞后在各个领域的作用，我们需要深入研究电化学极化和电压滞后的机制，并利用先进的实验技术和理论模型来揭示其规律。
同时，我们还需要不断探索新的材料和结构，以优化电化学系统的性能。
通过这些努力，我们可以更好
地利用电化学极化和电压滞后的特性，推动电化学领域的发展，为能源存储、传感器技术等领域带来新的突破和进步。
电化学极化的解决方法
电化学极化的解决方法电化学极化是指在电化学过程中，电极表面产生的电荷分布不均匀或电位变化不均匀的现象。
这种极化会影响电化学反应的进行，降低电极反应速率，甚至导致电极无法正常工作。
为了解决电化学极化问题，人们提出了多种方法。
可以通过改变电极材料来解决电化学极化问题。
不同的电极材料具有不同的电化学性质，选择合适的电极材料可以改善电极的电化学性能。
例如，使用具有较高导电性和较低极化倾向的材料作为电极，可以提高电极的反应速率和效率。
此外，还可以采用复合材料或涂层材料来增加电极的表面积和活性，促进电化学反应的进行。
可以通过改变电解液的组成来解决电化学极化问题。
电解液是电极反应的媒介，它的组成对电化学反应速率和极化程度有很大影响。
通过调整电解液中的离子浓度、pH 值和添加剂的种类和浓度等因素，可以改变电解液的导电性和溶解性，从而减轻电化学极化现象。
例如，在某些电化学反应中，添加络合剂或缓冲剂可以稳定电解液，抑制极化现象的发生。
还可以通过改变电极的结构和形状来解决电化学极化问题。
电极的形状和结构对电化学反应的速率和效率有重要影响。
通过设计和制备具有高比表面积、大孔隙率和良好导电性的电极结构，可以增加电极的活性表面积，提高物质传递速率，减轻电化学极化现象。
例如，使用多孔材料或纳米材料制备电极，可以增加电极的表面积，提高电极反应的速率和效率。
还可以通过改变电化学实验条件来解决电化学极化问题。
电化学实验条件包括温度、压力、流速等因素，这些因素会影响电子和离子的传输速率和扩散速率，从而影响电化学反应的进行。
通过调整实验条件，可以改变电极反应的速率和极化程度。
例如，提高温度可以增加电子和离子的扩散速率，减轻电化学极化现象；增加流速可以增加物质传递速率，提高电极反应的效率。
可以通过电极表面的修饰来解决电化学极化问题。
电极表面的修饰可以改变电极的表面性质，提高电极的活性和稳定性，减轻电化学极化现象。
常用的电极表面修饰方法包括电化学沉积、化学修饰和物理修饰等。
欧姆极化 电化学反应极化 浓差极化
欧姆极化电化学反应极化浓差极化欧姆极化、电化学反应极化和浓差极化是电化学领域中重要的现象和过程。
本文将分别介绍这三种极化现象，并探讨它们在电化学中的应用和影响。
我们来讨论欧姆极化。
欧姆极化是指在电解质溶液中，电流通过电解质溶液时由于电解质溶液的电阻而产生的极化现象。
当电流通过电解质溶液时，溶液中的离子会受到电场力的作用而发生移动，从而形成电流。
然而，由于电解质溶液的电阻，电流通过时会产生电压降，导致溶液中的离子在电场力的作用下发生偏移，形成正负电荷分离，从而产生欧姆极化现象。
欧姆极化会导致电解质溶液的电阻增加，从而降低电流的传导效率。
接下来，我们来探讨电化学反应极化。
电化学反应极化是指在电化学反应中，由于反应物的浓度变化或反应速率限制而产生的极化现象。
在电化学反应中，电流通过电解质溶液时，会引起电化学反应，从而导致反应物的浓度变化。
当反应物的浓度变化较大或反应速率受限时，就会产生电化学反应极化现象。
电化学反应极化会影响电化学反应的速率和效率，从而影响电化学过程的稳定性和可控性。
我们来讨论浓差极化。
浓差极化是指在电解质溶液中，由于电解质溶液中离子浓度的差异而产生的极化现象。
当电流通过电解质溶液时，溶液中的离子会受到电场力的作用而发生移动。
然而，由于电解质溶液中离子浓度的差异，电流通过时会导致离子的扩散和迁移，从而形成浓差极化现象。
浓差极化会导致电解质溶液中离子浓度的不均匀分布，从而影响电流的传导和电化学反应的进行。
这三种极化现象在电化学中具有重要的应用和影响。
欧姆极化可以通过降低电解质溶液的电阻来减小，从而提高电流的传导效率。
电化学反应极化可以通过调节反应物的浓度或改变反应速率来控制，从而实现对电化学反应的调控和优化。
浓差极化可以通过调节电解质溶液中离子的浓度分布来减小，从而提高电流的传导和电化学反应的效率。
欧姆极化、电化学反应极化和浓差极化是电化学中重要的现象和过程。
它们在电化学领域具有广泛的应用和影响，对于电化学过程的稳定性、可控性和效率都起着重要的作用。
仪器分析大实验电化学测试的实验报告极化
仪器分析大实验电化学测试的实验报告极化
极化是电化学测试中常见的现象，它在电极上形成了一个电势障碍，阻碍了电流的流动。
极化通常分为两种：
1. 浓度极化：当电极表面周围的溶液中反应物浓度不足时，由于反应速率缓慢，导致电极上的反应物浓度降低，电极与溶液接触面积减小，从而导致电极的活性降低，电极内外所产生的电势差增加，出现浓度极化现象。
2. 电化学极化：由于反应速率较快，电流密度增大，导致电极表面氧化还原反应进行不完全，氧化物和还原物在电极上积聚，从而导致电极的活性降低，出现电化学极化现象。
为了解决极化问题，可以采取以下措施：
1. 增加溶液中反应物浓度，消除浓度极化现象。
2. 增加电极的表面积，提高反应速率，消除电化学极化现象。
3. 使用交错电极、倒置电极、振荡电极等特殊设计的电极，消除极化现象。
在电化学测试中，极化现象的存在会对测试结果的准确性产生一定影响，需要合理设计实验方案，选择合适的电极，采取相应的措施以消除或减小极化现象的影响。
《电化学极化》课件
05
电化学极化的未来发展
新材料的应用
总结词
随着科技的发展，新型电化学材料不断涌现 ，为电化学极化技术的发展提供了更多可能 性。
详细描述
目前，科研人员正在研究新型的电极材料、 电解质材料和隔膜材料等，以提高电化学极 化的效率和稳定性。这些新材料具有更高的 电化学活性、更好的导电性和更强的耐腐蚀 性等特点，能够显著提升电化学极化的性能
。
新型电极的设计
要点一
总结词
新型电极的设计是电化学极化技术发展的关键，能够提高 电极的效率和寿命。
要点二
详细描述
科研人员正在探索新型电极的结构和组成，以优化电极表 面的反应动力学和电荷传递过程。通过改变电极的形貌、 组成和孔隙结构等参数，可以显著提高电极的电化学性能 和稳定性，进一步推动电化学极化技术的发展。
注意事项
由于电极电位进行周期性的扫描，因此适用于可 逆和半可逆体系，避免极化对实验结果的影响。 同时需要注意扫描速度和扫描路径的选择，以获 得准确的实验结果。
04
电化学极化的实际应用
电池技术
电池性能优化
通过研究电化学极化现象，可以深入 了解电池内部的反应机制，从而优化 电池的充放电性能、能量密度和循环 寿命。
电化学极化的影响因素
金属的性质
不同金属在电解质溶液中的电化学极化程度 不同，这主要取决于金属的电子结构和表面 特性。
电解质溶液的组成和性质
电解质溶液的组成和性质对电化学极化有重要影响 ，例如离子种类、浓度、溶液的酸碱度等。
电极电位
电极电位是影响电化学极化的一个重要因素 。在一定的电极电位下，金属的电化学极化 程度会有所不同。
电化学极化的动力学模型
01
建立电化学极化动力学模型需要 考虑金属表面电荷分布的变化速 率以及界面反应速率等因素。
电化学中的极化
电化学中的极化
电化学中的极化是一种非常重要的物理现象，它主要涉及电池、电容器、沉积物及其它类型的电路元件中的电极间的相互作用。
在碳酸铵电池内部，极化作用是由电极间产生的自由离子流动引起的。
研究表明，当电池连接到一个电源时，电路中的电位将不断的发生变化。
随着电压的变化，可以看到由电极到电极之间电位发生变化，这是极化的一个典型表现。
极化的最大作用是在电应力较低的情况下实现良好的开关和控制，从而提高电路的可靠性和可操作性。
在这种情况下，电极间的电位变化将起到保护作用，防止电池，电容器及其它电路元件由于过度负载和非常高的电压而烧毁和损坏。
由于极化作用，极化电路在失效时也很容易修复，从而增加了电路的可靠性。
极化现象不仅在碳酸铵电池中体现出来，在其它电路元件中也很常见。
例如，在大容量电容器中，当容量足够大时，它们也会受到极化的影响，由此可以调节电路的工作电压和电流。
在专用芯片、复原电感和推挽输出器件中，极化作用也发挥了重要作用。
此外，在催化剂中，极化现象也发挥着重要作用。
极化作用主要是通过催化剂中存在的电子自旋极性耦合及其它反应机制来实现的，从而使催化剂表现出高度的活性。
总结而言，极化是电路中的一种重要的物理现象，主要通过增加电极间的电位来实现控制、保护、失效恢复等功能，从而提高电路的可靠性和可操作性。
此外，极化还可以用于活化催化剂，从而提高其
功能。
电化学极化
电化学极化
电化学极化是指当电流通过液体介质中时，电流与介质产
生相互作用，导致介质极化的现象。
电流通过液体介质时，其中的离子会受到电场力的驱动，发生移动，形成电流。
然而，由于离子的大小和形状等因素，离子的运动受到阻碍，导致液体介质的电阻变大，称为电化学极化。
电化学极化主要有两种类型：双层极化和溶质极化。
- 双层极化：当电极表面与液体介质接触时，会形成一个电纹层，称为双层。
电极表面的电荷与液体介质中的离子形
成电荷分离，形成双层极化。
双层极化主要发生在电极表
面附近的薄层，并且随着电极与介质之间的界面电压的变
化而变化。
- 溶质极化：液体介质中的溶质分子或离子会受到电场力的作用，形成分子或离子的极化现象，称为溶质极化。
溶质
极化是由于离子或分子的极化程度不同而引起的。
电化学极化会导致液体介质的电阻增加，影响电流的传输。
在电化学过程中，了解和控制电化学极化现象对于提高电
化学反应效率和电化学性能具有重要意义。
电化学极化
18
左边的实线为线①，右边的实线为线②， 左边的虚线为线③
FφM
图6-1电位对活化吉布斯自由能的影响
19
M0时， ⅱ）当紧密双电层电位差 ＞
对于电极反应A+e=D可把电子看成反应物参与 反应，发生了电子的转移过程。 强烈地影响电子 M 的吉布斯自由能。 Ge 1mol电子的标准吉布斯自由能 可用下式表示：
Ge e e F M 当 =0时， 当 ﹥0时， M M Ge e =0时减少了 比 φM 所以线①下降了 M F 变为虚线③了。
G e 线①
F M
20
﹥0表示电极电位正移了，还原反应难以进行。
M
M 0 G 所以还原反应活化自由能 比 时 G c增大 了，还原反应要想进行必须 M 越过的能垒增加了，但增大的只是 F 中的一部 分，这个分数是用表示：
JK
J J
15
（3）电极电位与电化学反应吉布斯自由能的关系 （6-2）式表示 ， 由两部分组成： G G 一部分是化学作用力引起的自由能， 一部分是电场作用力引起的自由能。 当没有电场作用时， G ， G 仅由化学因素决 定， 即由 G ， 决定，反应速度只与 ， 有 Gc c 关。 Gc G c
(1 ) F F J A J 0 exp( ) exp( ) RT RT (6-19b) 6-19式表示了单电子转移步骤(z=1)的极化电流密 度与过电位的关系，称为Butler-Volmer方程式。
27
这里要注意的是：
e a) 在Butler-Volmer方程式中 阴极极化时 为负值， 阳极极化时 为正值， 阴极极化过电位 K
446-电化学极化(活化极化)
电势的影响。用E
/ Ox
算，较符合实际情况Re d。
代替E
Ox
Re d
后，用浓度代替活度进行计
•条件电极电势的求取：
——各种条件下的条件电极电势均由实验测定(可查表)；
——若无相同条件的条件电极电势，可采用条件相近的条件电极
电势数据；
——若无相应的条件电极电势，则采用标准电极电势。
2020/4/28
V（外加） = E(理,分) + (阳) + (阴) +IR
2
• 影响超电势的主要因素：
（1）电极反应物质的本质
金属（除Fe，Co，Ni外）一般很小；气体的超电势较大，氢气 、氧气的更大。
（2）电极材料和表面状态
同一电极反应在不同电极上值不同；电极表面状态不同时， 值
也不同。
例如，同是析出H2，在铂电极上的比其它电极上的要低，而在 镀有铂黑的铂电极上的又比在光滑的铂电极上的要低得多。
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8
9.15.2 条件电极电势
1. 条件电极电势和条件稳定常数
•引入：对可逆氧化还原电对 Ox + ne –
Red
其电极电势：
E Ox Re d
E
Ox
Re d
0.0592 n
lg
a Ox a Re d
（298.15K）
（1）
实际易得的是浓度而非活度。若用浓度代替活度，须引入相应的
反应后恢复其原来的状态。而在诱导反应中，诱导体参加反应后
变成了其他物质。诱导反应增加了作用体的消耗量而使结果产生 误差。
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7
•诱导反应的成因：
反应过程中形成的不稳定的中间产物具有更强的氧化能力。
电化学 第3章 电化学极化讲解
电化学第3章电化学极化讲解电化学极化是指在电池或电化学反应中，由于电流通过电解质溶液或固体电解质内部所引起的电势变化和电化学反应过程，使得电极表面的电位波动而导致的极化现象。
这种现象会对电化学反应的速度和效果产生影响，并且还会对电池的使用寿命产生影响。
因此，研究电化学极化对于电化学研究和应用具有十分重要的意义。
电化学极化产生的原因主要有三种：电阻极化、化学极化和双极化。
其中，电阻极化是由于电解质的电阻对电流的阻碍所导致的电极电位下降；化学极化是因为电化学反应产生的中间物质在电极表面积累，妨碍了电荷的传输而导致的电极电位变化；而双极化则是化学极化和电阻极化的综合效果。
这三种极化加起来就是总极化。
电阻极化是电解质电导率降低或电池电解液中溶质浓度增加所引起的。
电解质溶液中的电离度影响电导率，溶液浓度越大，电离度越高，导电性也越高。
但是在一定条件下，由于电解质的抵抗和电荷的平衡，电离度会下降，导致电导率降低。
在电化学反应中，当电流通过电解液时，会引起内部电场的变化，从而引起电位的变化，使得电极表面电位下降，产生电阻极化。
电阻极化的产生会使得电化学反应的速率降低，因此需要采取措施来消除电阻极化。
解决电阻极化的方法包括增加电极表面积、缩短电解质厚度等。
化学极化是指在电化学反应过程中，由于反应产物在电极表面积累，导致电位的变化。
这种极化既可以是消极的，也可以是积极的。
消极的化学极化通常是由于电极表面积累的反应产物造成了反应的中止，而积极的化学极化则会催化反应，促使反应速率的提高。
如果化学极化过于严重，会导致电极表面被覆盖，阻碍电流的传输，从而造成电位的下降。
为了避免化学极化的影响，可以采用刷新电极表面、增加电极表面积、调整电解质中的反应物浓度等方法。
双极化是指电阻极化和化学极化同时存在，两者综合起来导致电位的变化。
双极化是一种复杂的极化，它的产生需要考虑多种因素，如电荷的传输速度、电解质电导率、化学反应等。
为了消除双极化，可以采用加速电荷传输速度、采用高电导率的电解质、优化反应条件等方法。
446-电化学极化(活化极化)
n1Ox1 n2 Re d 2 n1 Re d1 n2 Ox 2
c Re d K c Ox
/ E1
两电对的半反应为 Ox1 + n1e Red1
n1
cOx c Re d
n2
0.0592 c Ox1 E1 lg n1 c Re d1 0.0592 c Ox 2 / E2 E2 lg Ox2 + n2e Red2 n2 c Re d 2 反应达到平衡，G=0，故，E 1 E 2 即
影响超电势的主要因素： （1）电极反应物质的本质 （2）电极材料和表面状态
（3）电流密度
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3
9.13.4 电解池中两极的电解产物 1． 阴极反应 E阴,析 = E阴,平 - 阴
在阴极上析出电势越正（大）电对的氧化态越先还原析出。 例：298.15 K时，用不活泼电极电解AgNO3(a = 1)的中性水溶液 ，阴极上可能析出氢或金属银。 Ag(aAg+) + e- Ag(s)； E(Ag+/Ag)＝EΘ(Ag+/Ag) = 0.799V 2H+(aH+ = 110-7) + e- H2(g,p) E(H+/H2) = 0.05917V lg(110-7) - = -0.414V - 银较易析出。 2． 阳极反应 E阳,析 = E阳,平 + 阳 在阳极上析出电极电势越负（小）电对的还原态越先氧化而析出 。不同离子依其析出电势由低到高的顺序先后放电进行氧化反应。 9.13.5 电解的应用 §9.14 金属的腐蚀与防护
复
习
补充一：由电池反应设计电池
电化学极化(活化极化)
极化现象对于研究电化学反应机理和反应动力学具 有重要意义。
03
极化现象对于优化电化学反应条件和控制电化学过 程具有指导意义。
02
CATALOGUE
电化学极化的影响因素
电流密度的影响
总结词
电流密度是影响电化学极化的重要因 素，随着电流密度的增加，电极表面 的反应速率加快，极化程度增强。
详细描述
电流密度的大小决定了电极表面反应 的速率，当电流密度增大时，电子和 离子的传输速率加快，电极表面的反 应速率相应提高，导致活化极化程度 增大。
电解质种类和浓度的影响
总结词
电解质种类和浓度对电化学极化具有显著影响，不同电解质 对电极表面的吸附和反应过程产生不同程度的影响。
详细描述
电解质的种类和浓度决定了离子在电极表面的吸附和反应过 程，不同的电解质对电极表面的作用力、离子传输和电子传 递过程产生差异，从而影响电极的活化极化程度。
反应机理研究
通过测量和计算电化学极化，可以深入了解电极反应的机理和动力 学过程，有助于揭示反应的本质和规律。
04
CATALOGUE
电化学极化的应用
在能源领域的应用
电池技术
电化学极化在电池技术中起着关键作用，如锂离子电池、镍氢电池等。通过控制电极的 极化状态，可以提高电池的能量密度和循环寿命。
燃料电池
极化现象的物理意义
01
极化现象反映了电极表面电化学反应与电子传递之间的动力学 过程。
02
极化现象揭示了电极反应速率与电极电位之间的关系，即反应
速率随电极电位的增加而增加。
极化现象对于理解电化学反应机制和优化电化学性能具有重要
03
意义。
极化现象的化学意义
01
电化学极化的解决方法
电化学极化的解决方法电化学极化是指在电化学过程中，电极表面发生的各种极化现象。
这些极化现象会对电化学反应的进行产生一定的影响，从而降低电极反应的速率或使电流发生偏离预期的情况。
为了解决电化学极化问题，科学家们提出了许多方法，本文将介绍其中几种常见的解决方法。
一种常见的解决电化学极化问题的方法是通过改变电解液的组成。
电解液的组成直接影响着电化学反应的进行。
例如，可以调整电解液中的离子浓度，以提高电荷传递的速率。
此外，添加某些物质，如表面活性剂、络合剂或缓冲剂等，也可以改善电极表面的反应性能，从而减少极化现象的发生。
第二种解决电化学极化问题的方法是通过改变电极的结构和材料。
电极的结构和材料直接影响着电化学反应的进行。
例如，可以选择更合适的电极材料，如具有更高导电性和更好催化性能的材料，以提高电极的反应速率。
此外，通过改变电极的形状和尺寸，如增大电极的表面积，也可以增强电极的反应性能，减少极化现象的发生。
第三种解决电化学极化问题的方法是通过改变电化学实验的条件。
电化学实验的条件直接影响着电化学反应的进行。
例如，可以调整电解液的温度，以改变电极反应的速率。
一般来说，提高温度可以加快电极反应的速率，减少极化现象的发生。
此外，还可以调整电解液的流动速度，以提高电荷传递的速率，减少极化现象的发生。
第四种解决电化学极化问题的方法是通过应用外加电势来改变电极的反应性能。
外加电势可以改变电极表面的电荷分布，从而改变电化学反应的进行。
例如，可以应用适当的电势来促进电极表面的氧化还原反应，从而减少极化现象的发生。
此外，还可以应用交流电势来改变电极表面的电荷分布，以提高电极的反应速率。
还可以通过使用特殊的电化学技术来解决电化学极化问题。
例如，可以利用脉冲电化学方法来改善电极的反应性能。
脉冲电化学方法通过在电极表面施加短暂的电势脉冲，可以提高电荷传递的速率，减少极化现象的发生。
此外，还可以利用电化学阻抗谱技术来研究电极界面的电化学特性，从而更好地理解和解决电化学极化问题。
电化学极化ppt课件
巴特勒-伏尔摩方程(Butler—Volmer)
• 习惯规定：
电极发生净还原反应（阴极反应）时，j 为正值，
电极发生净氧化反应（阳极反应）时，j 为负值。
• 若电极反应净速度用正值表示时：
jk
j
j
j
0
exp(
nF
RT
k
)
exp(
nF
RT
k
)
宏观
微观
均为正值
ja
j
j
j
0
exp(
nF
RT
a
)
exp(
• 极化曲线也常以电位与电流密度的对数lgi 来表示: 半对数极化曲线
•问题: 为什么在不同条件下测得的极化曲线具有不同的形 状？测得的极化曲线能说明什么问题？ •要弄清这些问题必须了解电极过程动力学的规律。
§4.2电极过程的基本历程和速度控制步骤
一、电极过程的基本历程 二、电极过程的速度控制步骤 三、浓差极化和电化学极化 四、准平衡态
• 电极上有1摩尔物质还原或氧化，就需要通过nF电量。
•
电极反应速度用电流密度表示：
j nFv nF 1 S
dc dt
（4.3)
• 当电极反应达到稳定状态时，外电流全部消耗于电极 反应，即代表了电极反应速度。
• 电极电位（或过电位）与电流密度之间的 关系画成曲线叫做极化曲线
四、极化曲线的测量
3、电化学极化：由于电极表面得、失电子的 电化学反应的迟缓，而引起的电极电位偏离 平衡电位（稳定电位）的现象。
四、准平衡态
• 如果电极过程的非控制步骤的反应速度比控制步骤 的速度大得多，
当电极过程以控制步骤的速度进行时， 可以近似地认为电极过程的非控制步骤处于平衡状态，
电化学极化产生的原因
简介电化学极化是当电流通过电解溶液时发生的一种现象。
它是两个电极和电解质之间的电化学反应的结果，这导致它们之间产生了电位差。
这个电位差可以用来测量通过溶液的电流大小，以及提供有关正在发生的反应性质的信息。
在这篇文章中，我们将探讨电化学极化的各种原因以及它们如何影响其行为。
什么是电化学极化？电化学极化（ECP）是电流通过电解溶液时发生的一种现象。
当电场被施加在与导电介质（如电解质或半导体）接触的两个电极上时，它就会发生。
电场导致介质中的离子向一个电极或另一个电极移动，在它们之间产生一个电位差。
这个电位差可用于测量通过溶液的电流量，以及提供有关正在发生的反应性质的信息。
电化学极化的原因有几个不同的电化学极化的原因，每个原因都对ECP行为有其独特的影响。
这些原因包括1）浓度极化。
当电解质溶液中的离子由于扩散和对流而分布不均时，就会发生浓度极化。
这可能导致离子在一个或另一个电极附近堆积，在它们之间产生电位差，导致ECP行为。
2) 扩散极化。
扩散极化发生在空间的两点之间，由于温度梯度或溶液中发生的化学反应引起的扩散电流而产生浓度差异。
这也会导致ECP 行为，因为在空间的两点之间由于离子浓度的不同而产生电位差。
3) 吸附极化。
当某些离子由于溶液中的吸附力而被吸引到一个电极上比另一个电极上时，就会发生吸附极化。
这可以导致ECP行为，因为在空间中的两点之间产生了电位差，这是因为这些点的离子浓度不同，由溶液中的吸附力作用于它们。
4）界面极化。
当电解质溶液中不同点的表面张力存在差异时，就会发生界面极化，这是因为这些点的表面电荷密度不同，而这些电荷是由溶液中发生的离子相互作用引起的。
这可以导致ECP行为，因为在空间中的两点之间由于离子相互作用造成的表面张力的差异而产生了电位差。
5) 双层电容。
当一个电极或另一个电极附近有电荷积累时，就会出现双层电容，这是由于它内部的其他电荷或它外部的电荷（如来自其他电极的电荷）对其产生了静电作用。
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第4章 稳态电化学研究方法
孟惠民
§4.1 电极过程与极化 §4.2 电极过程的基本历程和速度控制步骤 §4.3 稳态极化曲线与动力学方程式 §4.4 稳态极化曲线测定的注意事项
§4.1 电极过程与极化
•电极过程：把发生在电极/溶液界面上的电极反应、 化学转化和电极附近液层中的传质作用等一系列变
电极电位发生偏离
二、电极极化的原因
4、理想极化电极：电极上不发生电极反应， 流入电极的电荷全部都在电极表面积累， 使电极电位发生改变。如：滴汞电极。
5、理想不极化电极：电极反应速度很大， 流入电极的电荷全部都能通过电极反应消 耗，不在电极表面积累，电极电位不发生 变化。如：饱和甘汞电极。
三、极化曲线
（6.14）
电极材料 表面状态 溶液组成 温度
一般为 0.12V
2、线性律
电极材料表面状态溶液 组成温度：极化电阻
电极反应速度理论与速度方程式
电极反应 O + ne 速度方程式：
还原反应
R
nF 0 j j exp( c ) RT nF 0 j j exp( a ) RT
称之。
• 当电极反应进行的条件发生变化时，电极过 程的速度控制步骤会发生变化。 • 电极过程的速度控制步骤可能不止一个。
三、浓差极化和电化学极化
2、浓差极化：由于液相传质步骤的迟缓，使 得电极表面反应离子的浓度低于溶液本体浓 度，造成电极电位偏离平衡电位（稳定电位） 的现象。 3、电化学极化：由于电极表面得、失电子的 电化学反应的迟缓，而引起的电极电位偏离 平衡电位（稳定电位）的现象。
1、电极反应：有电子参与的氧化还原反应。O ne R 2、电极反应速度： •
1 dc v 电极反应速度按异相化学反应表示： （4.2) S dt
电极表面积
• 电极上有1摩尔物质还原或氧化，就需要通过nF电量。 • 电极反应速度用电流密度表示： j nFv nF 1 dc
S dt （4.3)
四、准平衡态
• 如果电极过程的非控制步骤的反应速度比控制步骤 的速度大得多， 当电极过程以控制步骤的速度进行时，
可以近似地认为电极过程的非控制步骤处于平衡状态， 即处于准平衡态。
• 准平衡态的引入是为了简化问题的研究。 （例：用能斯特公式计算电极电位）
§4.3 稳态极化曲线与动力学方程式
• 电极电位（或过电位）与电流密度之间的 关系画成曲线叫做极化曲线
j f（）
四、极化曲线的测量
3、稳态法：测定电极过程达到稳定状态后的
电流密度与电极电位的关系。
4、暂态法：测定电极过程未达到稳定状态的
电流密度与电极电位的关系，包含时间因素 的影响。
四、极化曲线的测量
极化 回路 测量 回路
电 位 计
恒电流法基本测 量线路图。
四、极化曲线的测量
恒电位法基本测量 线路图。
化的总和统称为电极过程。
•电极过程动力学：有关电极过程的历程、速度、
影响因素的研究称为电极过程动力学。
一、电极的极化
1、电极的极化：有电流通过电极时，电极电位偏离 平衡电位（或稳定电位）的现象。 2、阴极极化：电极电位偏离平衡电位向负移。 3、阳极极化：电极电位偏离平衡电位向正移。 4、极化电位：有电流通过时的电极电位。 5、静止电位：无电流通过时的电极电位，包括平衡 电位和稳定电位。
• 当电极反应达到稳定状态时，外电流全部消耗于电极 反应，即代表了电极反应速度。
• 电极电位（或过电位）与电流密度之间的 关系画成曲线叫做极化曲线
四、极化曲线的测量
1、恒电流法：给定电流密度，测量电极电位，得到 电极电位与电流密度的关系曲线。
f（j）
2、恒电位法：给定电极电位，测量电流密度，得到 电流密度与电极电位的关系曲线。
•问题: 为什么在不同条件下测得的极化曲线具有不同的形 状？测得的极化曲线能说明什么问题？ •要弄清这些问题必须了解电极过程动力学的规律。
§4.2电极过程的基本历程和速度控制步骤
一、电极过程的基本历程
二、电极过程的速度控制步骤
三、浓差极化和电化学极化
四、准平衡态
一、电极过程的基本历程
1、液相传质 2、前置转化：吸附、络和离子配位数改变等
氧化反应
α，β：传递系数 ，α + β = 1
3、电化学反应：得失电子、氧化还原
4、随后转化：脱附、复合、分解等 5、液相传质
一、电极过程的基本历程（例1）
生成新相
液相传质 电子转移
液相传质 前置转化
一、电极过程的 基本历程（例2）
双电子反应
并联进行
二、电极过程的速度控制步骤
• 速度控制步骤：当几个步骤串联时，实际反 应速度等于最慢的那个步骤，把控制整个电 极过程速度的单元步骤（既最慢的那个步骤）
• 极化曲线也常以电位与电流密度的对数lgi 来表示: 半对数极化曲线
•问题: 为什么在不同条件下测得的极化曲线具有不同的形 状？测得的极化曲线能说明什么问题？ •答案: 与电极过程机理与动力学规律相关。
电化学极化的基本实验事实
1、塔菲尔关系：
a b log j
过电位 单位电流密度 下的过电位 电流密度 温度系数
极化 回路
测量 回路
电极过程研究的基本技术—“三电极”体系
• 电化学研究主要通过研究或控制单个电极 的过程来进行，电极过程的主要影响参数： 电极电位。 • 测试或控制电极电位的方法：三电极体系。 专用设备：恒电位仪，计算机控制的电化 学测试系统M273、M388等。
• 极化曲线也常以电位与电流密度的对数lgi 来表示: 半对数极化曲线
一、电极的极化
6、过电位：在一定电位下，电极电位与平衡电位的 差值。 平 过电位取正值：
c 平 c a a 平
7、极化值：有电流通过时的电极电位（极化电位） 和无电流通过时的电极电位（静止电位）的差值。
二、电极极化的原因
1、极化作用：外电流流过电极时，电子的流动使电 极表面电荷发生积累，电极电位偏离平衡状态。 2、去极化作用：电极表面的电极反应，吸收电子运 动传递过来的电荷，使电极电位恢复平衡的状态。 3、电极极化的原因： 极化作用＞去极化作用 电荷在界面积累