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电化学原理及应用  041M5018H-1

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:专业普及课 | 任课教师:张占军
课程编号: 041M5018H-1 课时: 50 学分: 3.0
课程属性: 专业普及课 主讲教师:张占军
英文名称: Electrochemical Fundamentals and Applications

教学目的、要求

本课程为物理化学专业博士、硕士研究生的专业基础课。同时也可作为材料化学、材料物理、环境工程、生命科学、能源、医药、信息等专业研究生的选修课。本课程讲述电化学基本理论和方法及其在金属腐蚀与防护、清洁环境、生命科学、化学电源、电解加工、电解合成、电化学分析等方面的应用;并结合电化学研究的发展趋势,先容电动车电源、燃料电池等电化学前沿课题。通过本课程学习,要求学生掌握电化学的基本理论和方法;了解电化学与有机化学、分析化学、环境、材料、物理、医药、能源、信息、生命等科学愈加广泛的交叉与联系;希望有助于相关专业的研究生在做博士、硕士学位论文过程中开阔研究思路和方法。

预修课程

物理化学或者普通化学、大学物理。

教 材

主要内容

第一章 绪论 电化学在现代科学中的地位;电化学发展史;电化学基本概念;电池反应与电极过程;电化学主要研究对像和研究方法。
第二章 电极/溶液界面结构 双电层界面结构;带电界面热力学;有机分子在带电界面的吸附;半导体/电解质界面结构。
第三章 电极反应动力学 电极电势对于电化学步骤反应速率的影响;平衡电势与电极电势的“电化学极化”;浓度极化对于电化学步骤反应速率和极化曲线的影响;测量电极反应动力学参数的方法;相间电势分布对于电极反应速率的影响;电子交换步骤的反应机理。
第四章 电极/溶液界面的液相传质过程 液相传质过程的基本概念;理想情况下的稳态过程;当电极反应速率由液相传质过程控制时的稳态极化曲线;扩散层中电场对稳态传质速率和电流的影响;静止液体中平面电极上的非稳态扩散过程;球状电极表面的非稳态扩散过程;微电极;圆盘电极。
第五章 复杂电极反应 多电子步骤与控制步骤的“计算数”;均相表面转化步骤;涉及表面吸附态的表面转化步骤;电极反应机理及其研究方法;利用电化学反应级数法确定电极反应历程;中间价态粒子的电化学检测。
第六章 交流阻抗方法 电解池的等效阻抗;表示电极交流阻抗的“复数平面图”;阻抗谱的解析;阻抗数据处理;利用非线性响应测量电化学反应动力学参数。 
第七章 金属的腐蚀与防护 金属腐蚀的电化学性质;Pourbaix图;Evans-Hoar图;混合电势;腐蚀电池;腐蚀电位和腐蚀电流;金属的钝化。
第八章 环境电化学 电化学分解水;废水处理;工业污染物处理及金属回收;电凝聚与电极反应原理;电凝聚在水处理中的应用。
第九章 光电化学 典型的光电化学反应过程;半导体电极表面的光电效应。
第十章 电化学应用专题 现代电化学检测技术;电化学与生物技术;燃料电池;锂离子电池;电动汽车。

四、教学重点与难点 
1.带电界面、电极界面双电层;
2.电极电势对于电化学步骤反应速率的影响;电极电势的极化现象;
3.当电极反应速率由液相传质过程控制时的稳态极化曲线;
4.电解池的等效阻抗;阻抗谱的解析及阻抗数据处理;
5.半导体电极表面的光电效应;
6.Pourbaix图;Evans-Hoar图;混合电势;金属钝化。

参考文献

1. 查全性,《电极过程动力学导论》第三版,科学出版社,北京,2002;
2.Allen J. Bard,Larry R. Faulkner,邵元华等译《电化学方法原理和应用》,化学工业出版社;北京,2005。

授课时间: 星期二, 第3、4节
授课地点: 教2-106
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16

授课时间: 星期四, 第3、4节
授课地点: 教2-106
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16

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