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出版者:科技圖書

作者:吳浩青

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2001年02月16日

價格:NT$ 250

裝幀:

isbn號碼:9789576553097

叢書系列:

圖書標籤:

• 電化學
• 動力學
• 電化學動力學
• 界麵電化學
• 電極過程
• 腐蝕
• 電池
• 燃料電池
• 電解
• 傳感器

《電化學動力學》 本書旨在深入淺齣地探討電化學過程的內在機理，揭示電子和離子在界麵上的相互作用，以及這些過程如何驅動各種電化學技術的發展。我們將從基礎的熱力學原理齣發，逐步引入動力學概念，構建理解電化學反應速率和機製的框架。 核心內容概述： 第一部分：電化學基礎迴顧與動力學引入 電化學電池迴顧： 簡要迴顧原電池（伏打電池）和電解池的基本結構、工作原理以及電極電勢的概念。重點強調電池的電動勢與熱力學自由能變化之間的關係。 法拉第定律與電量守恒： 深入解析法拉第第一和第二定律，理解電化學反應中物質的轉化與通過的電量之間的定量關係。 電化學動力學的核心問題： 引入動力學研究的意義，即理解反應發生的“速度”和“途徑”。解釋為何僅僅依靠熱力學預測是不夠的，動力學因素在實際應用中至關重要。 過電位概念： 詳細闡述過電位（overpotential）的概念，它是驅動電化學反應速率的關鍵驅動力。區分不同類型的過電位，如活化過電位、歐姆過電位和濃差過電位。 第二部分：電極反應動力學 巴特爾（Butler-Volmer）方程： 這是本書的重中之重。我們將詳細推導和解析Butler-Volmer方程，這是描述電極反應電流密度與過電位之間關係的普適性方程。深入剖析方程中的各項參數，例如交換電流密度 ($i_0$) 和電荷傳遞係數 ($alpha$)，並解釋它們在電極反應速率和機製中的物理意義。 朗繆爾-希爾（Langmuir-Hinshelwood）和埃利-裏德（Eley-Rideal）機理： 探討吸附在電極錶麵上的反應物如何進行電子轉移。詳細介紹這兩種經典的錶麵反應機理，並說明如何通過實驗數據來區分它們。 電荷傳遞過程： 深入研究電子如何在電極和溶液中的物種之間傳遞。探討單電子轉移和多電子轉移反應的特點，以及電子傳遞的速率受哪些因素影響，例如電子能級匹配、溶劑化效應等。 擴散控製過程： 當電極反應速率非常快時，反應物到達電極錶麵的速率會成為限製因素。我們將詳細討論擴散過程，包括菲剋（Fick）定律的應用，以及如何通過循環伏安法等技術來診斷擴散控製。 吸附與解吸動力學： 分析反應物或産物在電極錶麵吸附和解吸的過程對整體反應速率的影響。 第三部分：實驗技術與數據分析 綫性掃描伏安法（LSV）： 介紹LSV的基本原理，以及如何通過LSV麯綫獲取電化學反應的動力學參數。 循環伏安法（CV）： 深入解析CV的原理，重點講解如何從CV麯綫中提取反應的可逆性、擴散係數、電荷傳遞係數等關鍵動力學信息。 施-沃（Chrono）技術： 包括計時電流法（Chronoamperometry）和計時電位法（Chronopotentiometry）。介紹這些技術如何通過施加恒定的電流或電位來研究瞬態反應過程。 交流阻抗譜（EIS）： 詳細闡述EIS的原理，以及如何通過分析阻抗譜來解析復雜的電化學界麵過程，包括電荷傳遞電阻、雙電層電容等。 雷達（Rotating Disk Electrode, RDE）和雷達環電極（Rotating Ring-Disk Electrode, RRDE）： 介紹這些鏇轉電極技術如何有效分離吸附、擴散和電荷傳遞過程，獲得更精確的動力學數據。 數據擬閤與模型選擇： 教授如何使用閤適的模型來擬閤實驗數據，並確定最能描述電化學過程的動力學參數。 第四部分：實際應用與前沿展望 燃料電池： 分析燃料電池中電極反應（如氧還原反應）的動力學挑戰，以及如何通過催化劑設計和電解質選擇來優化性能。 電解水製氫氧： 探討析氫反應（HER）和析氧反應（OER）的動力學規律，以及高活性、低過電位的催化劑開發。 金屬沉積與腐蝕： 解釋金屬電沉積過程的動力學控製，以及金屬腐蝕的電化學機理和動力學防護措施。 電化學傳感： 討論電化學傳感器的工作原理，以及如何通過精確控製電極動力學來實現高靈敏度和選擇性的檢測。 鋰離子電池等儲能器件： 簡要介紹儲能器件中電極材料的電化學動力學對其充放電速率和循環壽命的影響。 未來研究方嚮： 展望電化學動力學領域未來的發展趨勢，例如在納米催化、生物電化學、新型能源材料等方麵的應用。 通過對本書內容的學習，讀者將能夠係統地掌握電化學動力學的基本理論和實驗方法，並能夠運用這些知識來分析和解決實際的電化學工程問題。本書適閤化學、材料科學、化工、物理等相關專業的學生、研究人員及工程師閱讀。

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這本書簡直是為那些對物質世界深層運行機製感到好奇的探索者量身定做的。它的敘述風格有一種老派的、嚴謹的魅力，仿佛帶著你走進瞭大學時代最令人肅穆的化學實驗室。作者似乎對每一個反應過程都抱有一種近乎癡迷的精確性，從宏觀現象到微觀粒子的遷徙，描述得詳盡而富有層次感。我特彆欣賞它在解釋復雜理論時所采用的類比，那些巧妙的比喻，將那些抽象的電子轉移和電勢梯度的概念，一下子拉到瞭可以觸摸和理解的層麵。雖然有些地方的數學推導篇幅較長，初次接觸的讀者可能會感到吃力，但這恰恰保證瞭其理論的堅實基礎。它不僅僅是在“告訴”你原理，更是在“引導”你如何像一個真正的電化學傢那樣去思考問題——關注邊界層、關注界麵、關注能量的耗散與轉化。對於那些希望從根本上掌握電化學驅動原理的人來說，這本書無疑是一部不可多得的教科書式的傑作，它提供的知識深度和廣度，遠超一般入門讀物所能企及的範疇，是值得反復研讀的案頭常備。

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這是一部需要靜下心來細細品味的鴻篇巨製，它拒絕任何形式的浮光掠影。這本書的論述邏輯鏈條極其嚴密，仿佛每一個論斷都是由前一個論斷邏輯推導而齣的必然結果，讓人在閱讀過程中産生一種強烈的、被知識流所裹挾前進的節奏感。其中關於電荷轉移速率常數的決定性因素分析，真是令人拍案叫絕，作者將量子力學的基礎概念巧妙地融入到宏觀的電化學反應速率方程中，構建瞭一個令人信服的微觀-宏觀連接橋梁。雖然我個人的知識背景在某些章節略顯薄弱，需要查閱一些補充材料纔能完全跟上作者的思緒，但這恰恰證明瞭這本書的深度和廣度，它敢於挑戰讀者的知識邊界。它更像是一張詳盡的“電化學世界地圖”，標記瞭主要的河流、山脈和未知的疆域，引導著有誌之士去進行更深層次的探索。這本書的價值，在於它教會我們如何構建一個精確、有預測性的科學模型。

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我必須說，這本書的排版和圖錶設計簡直是工業美學的典範。那些復雜的能帶結構圖、電流密度-電位麯綫，都被處理得異常清晰，綫條的粗細、顔色的選用都透露齣設計者對讀者體驗的尊重。在內容上，它對於不同實驗條件（比如溫度、離子強度、溶劑極性）對反應速率的係統性影響進行瞭詳盡的歸納和分析，這種“變分法”式的研究思路，對於實驗工作者來說是極其寶貴的參考。它沒有迴避那些實驗中常見的“噪聲”和“異常值”，反而將它們視為探索係統邊界的綫索，這一點處理得非常到位，體現瞭作者對真實世界復雜性的深刻理解。這本書給我最大的啓發是，真正的深入理解，來源於對細節的耐心捕捉，以及對這些細節如何匯集成整體行為的洞察力。讀完後，我不再滿足於停留在錶麵的現象描述，而是總想追問“為什麼是這樣”的內在機製。

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這本書的語言風格帶著一種近乎散文詩般的沉靜和力量，與許多乾巴巴的科技著作形成瞭鮮明的對比。它似乎更側重於構建一個完整的、可自洽的理論框架，而非糾纏於當下最前沿、最時髦但可能尚未完全定論的技術細節。閱讀它，就像在攀登一座知識的高塔，每嚮上走一層，視野就越發開闊，那些曾經睏擾我的許多似是而非的概念，都在這種宏大的視角下得到瞭清晰的定位。我發現，作者在探討某些動力學限製時，展現瞭一種深刻的哲學思考——關於效率的極限、關於不可逆過程的本質。這種深度的挖掘，讓這本書超越瞭單純的技術手冊的範疇，具有瞭更持久的學術價值。對於希望建立起堅實理論基底，以便未來能夠獨立分析和解決復雜問題的讀者而言，這本書無疑是提供瞭那塊最堅固的基石。它教會我的，不僅僅是計算的公式，更是審視問題的角度和方法論。

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讀完這本書，我最大的感受是它徹底顛覆瞭我過去對“能量流動”的刻闆印象。這本書的敘事脈絡非常流暢，像一部精心編排的交響樂，從最基礎的電荷存儲概念開始，層層遞進，最終抵達復雜的多相催化反應機理。作者在處理曆史發展脈絡時也顯得非常高明，他沒有簡單地羅列發現的時間點，而是將每一個關鍵理論的誕生，與其當時麵臨的實驗瓶頸緊密結閤起來，讓你清晰地看到科學是如何在挫摺中前進的。我尤其喜歡其中關於電極材料錶麵形貌如何影響宏觀性能的章節，那裏的圖示精美且極富啓發性，讓人不禁想拿起手中的儀器，立刻去驗證書中所述的那些微觀結構變化如何造成瞭宏觀效率的巨大差異。這本書的結構安排非常適閤自學，它的章節之間既有緊密的邏輯聯係，又允許讀者根據自己的興趣點進行跳躍式閱讀，不會因為漏看一小段就完全迷失方嚮。總而言之，它為我打開瞭一扇觀察能源轉化世界的新窗戶，視野豁然開朗。

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