電化學動力學

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出版者:科技圖書
作者:吳浩青
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2001年02月16日
价格:NT$ 250
装帧:
isbn号码:9789576553097
丛书系列:
图书标签:
  • 电化学
  • 动力学
  • 电化学动力学
  • 界面电化学
  • 电极过程
  • 腐蚀
  • 电池
  • 燃料电池
  • 电解
  • 传感器
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具体描述

《电化学动力学》 本书旨在深入浅出地探讨电化学过程的内在机理,揭示电子和离子在界面上的相互作用,以及这些过程如何驱动各种电化学技术的发展。我们将从基础的热力学原理出发,逐步引入动力学概念,构建理解电化学反应速率和机制的框架。 核心内容概述: 第一部分:电化学基础回顾与动力学引入 电化学电池回顾: 简要回顾原电池(伏打电池)和电解池的基本结构、工作原理以及电极电势的概念。重点强调电池的电动势与热力学自由能变化之间的关系。 法拉第定律与电量守恒: 深入解析法拉第第一和第二定律,理解电化学反应中物质的转化与通过的电量之间的定量关系。 电化学动力学的核心问题: 引入动力学研究的意义,即理解反应发生的“速度”和“途径”。解释为何仅仅依靠热力学预测是不够的,动力学因素在实际应用中至关重要。 过电位概念: 详细阐述过电位(overpotential)的概念,它是驱动电化学反应速率的关键驱动力。区分不同类型的过电位,如活化过电位、欧姆过电位和浓差过电位。 第二部分:电极反应动力学 巴特尔(Butler-Volmer)方程: 这是本书的重中之重。我们将详细推导和解析Butler-Volmer方程,这是描述电极反应电流密度与过电位之间关系的普适性方程。深入剖析方程中的各项参数,例如交换电流密度 ($i_0$) 和电荷传递系数 ($alpha$),并解释它们在电极反应速率和机制中的物理意义。 朗缪尔-希尔(Langmuir-Hinshelwood)和埃利-里德(Eley-Rideal)机理: 探讨吸附在电极表面上的反应物如何进行电子转移。详细介绍这两种经典的表面反应机理,并说明如何通过实验数据来区分它们。 电荷传递过程: 深入研究电子如何在电极和溶液中的物种之间传递。探讨单电子转移和多电子转移反应的特点,以及电子传递的速率受哪些因素影响,例如电子能级匹配、溶剂化效应等。 扩散控制过程: 当电极反应速率非常快时,反应物到达电极表面的速率会成为限制因素。我们将详细讨论扩散过程,包括菲克(Fick)定律的应用,以及如何通过循环伏安法等技术来诊断扩散控制。 吸附与解吸动力学: 分析反应物或产物在电极表面吸附和解吸的过程对整体反应速率的影响。 第三部分:实验技术与数据分析 线性扫描伏安法(LSV): 介绍LSV的基本原理,以及如何通过LSV曲线获取电化学反应的动力学参数。 循环伏安法(CV): 深入解析CV的原理,重点讲解如何从CV曲线中提取反应的可逆性、扩散系数、电荷传递系数等关键动力学信息。 施-沃(Chrono)技术: 包括计时电流法(Chronoamperometry)和计时电位法(Chronopotentiometry)。介绍这些技术如何通过施加恒定的电流或电位来研究瞬态反应过程。 交流阻抗谱(EIS): 详细阐述EIS的原理,以及如何通过分析阻抗谱来解析复杂的电化学界面过程,包括电荷传递电阻、双电层电容等。 雷达(Rotating Disk Electrode, RDE)和雷达环电极(Rotating Ring-Disk Electrode, RRDE): 介绍这些旋转电极技术如何有效分离吸附、扩散和电荷传递过程,获得更精确的动力学数据。 数据拟合与模型选择: 教授如何使用合适的模型来拟合实验数据,并确定最能描述电化学过程的动力学参数。 第四部分:实际应用与前沿展望 燃料电池: 分析燃料电池中电极反应(如氧还原反应)的动力学挑战,以及如何通过催化剂设计和电解质选择来优化性能。 电解水制氢氧: 探讨析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的动力学规律,以及高活性、低过电位的催化剂开发。 金属沉积与腐蚀: 解释金属电沉积过程的动力学控制,以及金属腐蚀的电化学机理和动力学防护措施。 电化学传感: 讨论电化学传感器的工作原理,以及如何通过精确控制电极动力学来实现高灵敏度和选择性的检测。 锂离子电池等储能器件: 简要介绍储能器件中电极材料的电化学动力学对其充放电速率和循环寿命的影响。 未来研究方向: 展望电化学动力学领域未来的发展趋势,例如在纳米催化、生物电化学、新型能源材料等方面的应用。 通过对本书内容的学习,读者将能够系统地掌握电化学动力学的基本理论和实验方法,并能够运用这些知识来分析和解决实际的电化学工程问题。本书适合化学、材料科学、化工、物理等相关专业的学生、研究人员及工程师阅读。

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读后感

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用户评价

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这本书的语言风格带着一种近乎散文诗般的沉静和力量,与许多干巴巴的科技著作形成了鲜明的对比。它似乎更侧重于构建一个完整的、可自洽的理论框架,而非纠缠于当下最前沿、最时髦但可能尚未完全定论的技术细节。阅读它,就像在攀登一座知识的高塔,每向上走一层,视野就越发开阔,那些曾经困扰我的许多似是而非的概念,都在这种宏大的视角下得到了清晰的定位。我发现,作者在探讨某些动力学限制时,展现了一种深刻的哲学思考——关于效率的极限、关于不可逆过程的本质。这种深度的挖掘,让这本书超越了单纯的技术手册的范畴,具有了更持久的学术价值。对于希望建立起坚实理论基底,以便未来能够独立分析和解决复杂问题的读者而言,这本书无疑是提供了那块最坚固的基石。它教会我的,不仅仅是计算的公式,更是审视问题的角度和方法论。

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这是一部需要静下心来细细品味的鸿篇巨制,它拒绝任何形式的浮光掠影。这本书的论述逻辑链条极其严密,仿佛每一个论断都是由前一个论断逻辑推导而出的必然结果,让人在阅读过程中产生一种强烈的、被知识流所裹挟前进的节奏感。其中关于电荷转移速率常数的决定性因素分析,真是令人拍案叫绝,作者将量子力学的基础概念巧妙地融入到宏观的电化学反应速率方程中,构建了一个令人信服的微观-宏观连接桥梁。虽然我个人的知识背景在某些章节略显薄弱,需要查阅一些补充材料才能完全跟上作者的思绪,但这恰恰证明了这本书的深度和广度,它敢于挑战读者的知识边界。它更像是一张详尽的“电化学世界地图”,标记了主要的河流、山脉和未知的疆域,引导着有志之士去进行更深层次的探索。这本书的价值,在于它教会我们如何构建一个精确、有预测性的科学模型。

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这本书简直是为那些对物质世界深层运行机制感到好奇的探索者量身定做的。它的叙述风格有一种老派的、严谨的魅力,仿佛带着你走进了大学时代最令人肃穆的化学实验室。作者似乎对每一个反应过程都抱有一种近乎痴迷的精确性,从宏观现象到微观粒子的迁徙,描述得详尽而富有层次感。我特别欣赏它在解释复杂理论时所采用的类比,那些巧妙的比喻,将那些抽象的电子转移和电势梯度的概念,一下子拉到了可以触摸和理解的层面。虽然有些地方的数学推导篇幅较长,初次接触的读者可能会感到吃力,但这恰恰保证了其理论的坚实基础。它不仅仅是在“告诉”你原理,更是在“引导”你如何像一个真正的电化学家那样去思考问题——关注边界层、关注界面、关注能量的耗散与转化。对于那些希望从根本上掌握电化学驱动原理的人来说,这本书无疑是一部不可多得的教科书式的杰作,它提供的知识深度和广度,远超一般入门读物所能企及的范畴,是值得反复研读的案头常备。

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我必须说,这本书的排版和图表设计简直是工业美学的典范。那些复杂的能带结构图、电流密度-电位曲线,都被处理得异常清晰,线条的粗细、颜色的选用都透露出设计者对读者体验的尊重。在内容上,它对于不同实验条件(比如温度、离子强度、溶剂极性)对反应速率的系统性影响进行了详尽的归纳和分析,这种“变分法”式的研究思路,对于实验工作者来说是极其宝贵的参考。它没有回避那些实验中常见的“噪声”和“异常值”,反而将它们视为探索系统边界的线索,这一点处理得非常到位,体现了作者对真实世界复杂性的深刻理解。这本书给我最大的启发是,真正的深入理解,来源于对细节的耐心捕捉,以及对这些细节如何汇集成整体行为的洞察力。读完后,我不再满足于停留在表面的现象描述,而是总想追问“为什么是这样”的内在机制。

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读完这本书,我最大的感受是它彻底颠覆了我过去对“能量流动”的刻板印象。这本书的叙事脉络非常流畅,像一部精心编排的交响乐,从最基础的电荷存储概念开始,层层递进,最终抵达复杂的多相催化反应机理。作者在处理历史发展脉络时也显得非常高明,他没有简单地罗列发现的时间点,而是将每一个关键理论的诞生,与其当时面临的实验瓶颈紧密结合起来,让你清晰地看到科学是如何在挫折中前进的。我尤其喜欢其中关于电极材料表面形貌如何影响宏观性能的章节,那里的图示精美且极富启发性,让人不禁想拿起手中的仪器,立刻去验证书中所述的那些微观结构变化如何造成了宏观效率的巨大差异。这本书的结构安排非常适合自学,它的章节之间既有紧密的逻辑联系,又允许读者根据自己的兴趣点进行跳跃式阅读,不会因为漏看一小段就完全迷失方向。总而言之,它为我打开了一扇观察能源转化世界的新窗户,视野豁然开朗。

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