电催化原理及应用ppt课件

是提高催化活性还是提高孔积率，改善传质、
改进电极表面微观结构都是一个重要手段，
因而电极的制备工艺绝对是非常关键的一个
环节。
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催化电极的材料
1. 金属电极 金属电极是指以金属作为电极反应界
面的裸露。电极，除碱金属和碱土金属外， 大多数金属作为电化学电极均有很多研究 报道，特别是氢电极反应。 2. 碳素电极 3. 金属氧化物电极
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1. 良好的导电性，至少与导电材料（例如石墨、银 粉）结合后能为电子交换反应提供不引起严重电压 降的电子通道，即电极材料的电阻不能太大；
2. 高的催化活性，即能够实现所需要的催化反应， 抑制不需要或有害的副反应；
3. 良好的稳定性，即能够耐受杂质及中间产物的作 用而不致较快地被污染或中毒而失活，并且在实现 催化反应的电势范围内催化表面不至于因电化学反 应而过早失去催化活性，此外还包括良好的机械物 理性质，表面层不脱落、不溶解。
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电催化作用覆盖着电极反应和催化作用两个方面，因此电催化剂必需同时具 有这两种功能：①能导电和比较自由地传递电子；②能对底物进行有效的催 化活化作用。能导电的材料并不都具有对底物的活化作用，反之亦然。
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电催化电极
电极------是指与电解质溶液或电解质接触的电子导体 或半导体，它既是电子贮存器，能够实现电能的输入 或输出，又是电化学反应发生的场所。
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2. 电解质溶液 电解质溶液对有机物的电化学催化氧化的影响主要
体现在两个方面:（1）电解质溶液的浓度（2）电解质 的种类。 3. 废水的理化性质
同一电极对不同有机物表现出不同的电催化氧化效 率。废水体系的pH值等因素也常常会影响电极的电氧化 效率。 4. 工艺因素
在电场作用下电极表面或液相中的物质促进或抑制 电极上发生的电子转移反应，而电极表面或溶液中 物质本身并不发生变化的化学作用。 选用合适的电极材料，以加速电极反应的作用。 所选用的电极材料在通电过程中具有催化剂的作用， 从而改变电极反应速率或反应方向，而其本身并不 发生质的变化。
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电催化特点
与常规的催化化学相比
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常规催化作用机理
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光合作用中酶参与的催化作用
酶的催化作用过程
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1.机理：降低反应的活化能。 2.需要催化剂的参与。 3.催化改变化学反应速率而不影响化学平衡的作用。 4.本质上是一种化学作用。 5.反应前后催化剂的量和质均不发生改变的反应。 6.常规催化的关键是催化剂。
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电催化的定义
电催化原理及应用
化学13-1 高龙飞
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1.引言
2.电化学催化原理
3.电催化特点 4.电催化电极 5.影响电催化的因素 6.电催化的前景
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许多化学反应尽管在热力学上是可行 的，但由于反应速度太小而没有实际 意义。为了使这类反应具有使用价值， 就需要引入催化反应和催化剂，以降 低总反应的活化能、提高反应速率。-化学催化因此而诞生。
1.在常规的化学催化中，反应物和催化剂的电子转移是在限定区域进行的， 因此，在反应过程中既不能从外电路导入电子也不能从反应体系导出电 子。 在电极催化反应中有纯电子的转移，电极作为反应的催化剂，既是反应的 场所，又是电子的供受场所。
2.常规的化学催化电子的转移催化无法从外部加以控制，而电催化可以 利用外部回路控制电流，从而控制反应。
导电金属氧化物电极具有重要的电催
化特性，这类电极大多为半导体材料，实 际上对这类材料性质的研究是以半导体材 料为基础建立的。
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4. 非金属化合物电极 一般所说的非金属电极是指硼化物、
碳化物、氮化物、硅化物、氯化物等。非 金属材料作为电极材料，最大的优势在于 这类材料的特殊物理性质，如高熔点、高 硬度、高耐磨性、良好的腐蚀性以及类似 金属的性质等。
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2. 表面材料 目前已知电催化电极表面材料主要
涉及过渡金属及半导体化合物。它们的 共同作用就是降低复杂反应的活化能， 达到电催化的目的。而半导体的特殊能 带结构使产物不易被吸附在电极表面， 所以氧化速率还要高于一般电极。
电极对催化材ຫໍສະໝຸດ Baidu的要求有：反应表
面积要大；有较好的导电能力；吸附选 择性强；在使用环境下的长期稳定性； 尽量避免气泡的产生；机械性能好；资 源丰富且成本低；环境友好。
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催化电极的特性
电极在电化学处理技术中处于“心脏”的地位， 电催化特性是电化学处理技术用电极的核心内 容。我们既希望电极对所要处理的有机物表现 出高的反应速率，又要有好的选择性。
催化电极的功能：既能导电，又能对反应 物进行活化，提高电子的转移速率，对电化学 反应进行某种促进和选择。因此，良好的电催 化电极应该具备下列几项性能：
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影响电催化的因素
影响处理效果的的主要因素可分四 个方面，即电极材料、电解质溶液、 废水的理化性质和工艺因素(电化学 反应器的结构电流密度、通电量等) 。 其中，电极材料是近年研究的重点。
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1. 电极材料 在电解法处理有机废水的过程中，电极不仅
起着传送电流的作用，而且对有机物的氧化降解 起催化作用，电极材料选择的好坏，直接影响有 机物降解效率的高低。电解过程主要是通过阳极 反应来降解有机物的，而且电位越高，有机物的 脱除效果越明显。但电位过高会受到阳极材质腐 蚀和多种副反应的制约，主要竞争副反应是阳极 氧气的析出，因此催化电极应具有较高的析氧超 电势。
电催化电极------首先是一个电子导体，其次要具有催 化功能。即对电化学反应进行某种促进和选择。
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催化电极组成和结构
1. 基础电极 所谓基础电极，也叫电极基质，是指具
有一定强度、能够承载催化层的一类物质。 一般采用贵金属电极和碳电极。基础电极无 电催化活性，只承担着作为电子载体的功能。
高的机械强度、良好的导电性和与电催 化组成具有一定的亲和性是对基础电极基本 的要求。
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3. 载体
基础电极与电催化涂层有时亲和力不够，
致使电催化涂层易脱落，严重影响电极寿命。
所谓电催化电极的载体就是一类起到将催化
物质固定在电极表面，且维持一定强度的一
类物质。
4. 电极表面结构
电催化电极的表面微观结构和状态也是
影响电催化性能的重要因素之一。而电极的
制备方法直接影响到电极的表面结构。无论