电化学原理和方法

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出版者:科学出版社
作者:张祖训
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2000-01-01
价格:45.0
装帧:
isbn号码:9787030074744
丛书系列:
图书标签:
  • 电化学
  • 原理
  • 方法
  • 分析化学
  • 物理化学
  • 电极反应
  • 电解质溶液
  • 腐蚀
  • 电池
  • 传感器
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具体描述

本书全面和系统地介绍各种电化学方法及其理论,特别对近30年来发展的新理论、新方法作了详细的论述,涵盖了国内外的最新研究成果。

本书可供电化学、电分析化学专业高年级学生和研究生作为教材,也可供相关专业的科技工作者和教师参考。

《电化学原理与应用》 本书旨在深入探讨电化学的基本原理,并系统介绍其在现代科技与工业中的广泛应用。全书结构清晰,逻辑严谨,内容涵盖了从微观粒子相互作用到宏观体系构建的各个层面,力求为读者提供一个全面而深入的电化学知识体系。 第一部分:电化学基本原理 本部分着重阐述构成电化学学科的基石。我们将从原子的结构和电子的行为入手,介绍电化学反应的核心——氧化还原反应。在这里,读者将了解电子得失如何引起物质状态的变化,以及如何通过电极电势来量化这些变化。法拉第定律将以其深刻的洞察力,揭示电化学过程中电量与物质转化之间的精确关系,为定量分析打下坚实基础。 电解质溶液的性质是理解电化学行为的关键。我们将深入探讨离子的迁移、电导率的形成,以及各种影响电解质溶液导电性的因素,例如浓度、温度和溶剂。盐桥和液接电势的概念也将得到详细解释,它们在构建稳态电化学电池中扮演着不可或缺的角色。 电化学电池的设计与工作原理是本部分的重点。无论是作为能量储存装置的原电池(也称化学电池),还是作为能量转换装置的电解电池,其内部的电化学过程都将得到细致的剖析。我们不仅会介绍不同类型电池的结构特点,如干电池、湿电池、锂离子电池等,还会深入探讨它们的工作机理、能量效率以及影响其性能的关键因素。 电极过程的动力学是揭示电化学反应速度和机制的核心。极化现象,包括浓差极化、欧姆极化和活化极化,将得到系统性的介绍。这些极化现象如何影响电极反应的速率,以及如何通过控制操作条件来优化电化学过程,都将是讨论的重点。循环伏安法、计时电流法等电化学分析技术也将在此部分得到初步介绍,它们是研究电极反应动力学和机理的重要工具。 第二部分:电化学的关键技术与方法 本部分将聚焦于当前电化学领域最活跃、最具潜力的技术和方法,并展望其发展趋势。 1. 电化学传感器: 传感器是电化学技术实现精准测量的关键。我们将深入介绍各种类型的电化学传感器,包括基于电量的传感器(如电流传感器、电位传感器)、基于阻抗的传感器以及基于场效应晶体管的传感器。重点将放在它们的工作原理、灵敏度、选择性以及在环境监测、生物医学诊断、食品安全检测等领域的实际应用。例如,血糖传感器、pH传感器、气体传感器等的构建与优化都将作为案例进行讨论。 2. 腐蚀与防护: 金属材料在自然环境中不可避免地会发生腐蚀,这不仅造成巨大的经济损失,也威胁着结构安全。本部分将系统阐述金属腐蚀的电化学机理,包括电化学腐蚀和化学腐蚀。我们将详细介绍腐蚀过程中的阳极和阴极反应,以及各种影响腐蚀速率的因素。在此基础上,我们将重点介绍电化学防护技术,如阳极保护、阴极保护,以及缓蚀剂的应用。了解这些防护策略对于延长金属制品的使用寿命、保障基础设施安全至关重要。 3. 电化学合成与制备: 电化学方法为物质的合成与制备提供了一种绿色、高效的途径。本部分将介绍电化学合成在有机化学和无机化学领域的应用。例如,电化学氧化还原反应如何用于合成复杂有机分子,如何用于制备纳米材料、功能性薄膜等。我们将探讨电化学合成的优势,如反应条件温和、选择性高、产物纯度高等,并列举一些成功的工业化应用案例。 4. 能量储存与转换: 电化学能量储存与转换技术是当前新能源领域的研究热点。我们将深入介绍各类电池技术,包括锂离子电池、钠离子电池、固态电池等,从材料结构、电解质选择、电极设计等多个角度对其工作原理、性能特点及发展前景进行分析。同时,本部分还将涵盖燃料电池,阐述其将化学能直接转化为电能的原理,并介绍其在交通运输、分布式能源等领域的应用潜力。 5. 电化学催化: 催化是现代化学工业的基石。电化学催化利用电极作为反应平台,通过电化学手段调控催化剂的活性和选择性,在能源转化、环境治理等领域展现出巨大潜力。本部分将重点介绍电化学催化在水分解制氢、二氧化碳还原、有机污染物降解等方面的应用。我们将探讨不同催化剂材料的设计原理,以及电化学参数如何影响催化反应的效率和产物分布。 第三部分:电化学的前沿研究与展望 本部分将聚焦于电化学领域的前沿研究动态,并对未来的发展趋势进行展望。 1. 纳米材料在电化学中的应用: 纳米材料因其独特的物理化学性质,在电化学领域展现出巨大的应用潜力。我们将讨论纳米材料如何提高电极的表面积、改善电荷传输效率、促进反应活性,从而提升电化学器件的性能。包括纳米颗粒、纳米线、石墨烯等材料在电池、传感器、催化剂等方面的应用。 2. 电化学在生命科学与生物技术中的交叉应用: 电化学方法正日益渗透到生命科学领域。本部分将介绍电化学技术在生物传感器、生物成像、药物递送、人工光合作用等方面的应用。例如,利用电化学信号检测生物分子,或者通过电化学刺激调控细胞活动。 3. 电化学与人工智能的结合: 人工智能(AI)与大数据正在深刻改变科学研究的面貌。本部分将探讨如何利用机器学习和数据挖掘技术来加速电化学材料的发现与设计,优化电化学过程的参数,以及预测电化学器件的性能。 4. 环境保护与可持续发展中的电化学: 电化学技术在解决环境问题和促进可持续发展方面扮演着越来越重要的角色。本部分将介绍电化学在废水处理、空气净化、CO2捕获与利用、生物质能源转化等领域的应用。 本书适合于化学、化工、材料科学、环境工程、生物医学工程等相关专业的本科生、研究生以及科研人员阅读。通过学习本书,读者将能够建立扎实的电化学理论基础,掌握主流的电化学实验技术,并深刻理解电化学在解决当今社会面临的诸多挑战中的重要作用。

作者简介

目录信息

前言
第一章 绪论
1?1 概述
1?2 电位学与热力学
1?3 传质过程
1?4 扩散方程
1?5 电化学与动力学
1?6 电化学定律和公式
1?7 电化学文献
参考文献
第二章 平面电极上的扩散电流
2?1 测量平面电极扩散电流的实验装置和方法
2?2 无限圆盘电极上的扩散电流
2?3 有限圆盘电极上的扩散电流
参考文献
第三章 球形电极上的扩散电流
3?1 球
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读后感

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用户评价

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这是一本真正意义上引人入胜的著作,它没有过多地纠缠于那些晦涩难懂的理论推导,而是以一种极其直观的方式,将复杂的物理化学概念娓娓道来。我尤其欣赏作者在阐述基本概念时所采用的类比和实例,它们就像是一座座坚实的桥梁,瞬间拉近了读者与前沿科学的距离。书中的插图设计也极为精妙,色彩搭配和结构布局都透露出设计者的用心良苦,让人在阅读枯燥的公式时也能得到视觉上的放松和启发。从宏观的电池工作原理到微观的电荷转移过程,作者总能找到最恰当的切入点,让初学者也能迅速抓住核心脉络。读完第一章,我就感觉自己仿佛站在了一个全新的视角上,看待日常生活中那些习以为常的现象,比如手机的充电过程,都变得充满了科学的魅力。这种由浅入深的叙述节奏,使得学习过程不再是机械的记忆,而是一种主动的探索与发现,非常适合作为入门教材或者想要系统回顾基础知识的专业人士的参考读物。

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这本书的文字风格极其凝练,但绝不晦涩,它似乎有一种魔力,能将原本堆砌的术语转化为清晰的思维路径。我特别喜欢它在处理历史发展脉络时的笔法,没有那种教科书式的干巴巴的时间线罗列,而是将重要的科学突破置于当时的科技背景下进行解读,让人理解科学家们是如何一步步攻克难题的。书中对一些现代分析技术的介绍也恰到好处,它没有陷入对仪器参数的过度技术细节,而是聚焦于这些技术如何有效地揭示了电化学系统的动态过程和结构信息,这对于指导我们选择合适的实验工具至关重要。例如,关于谱学方法在研究电极表面氧化还原态变化的应用部分,作者的论述简洁有力,直指核心,让人在短时间内就能掌握其精髓。这种对信息密度的精准控制,使得这本书的阅读效率非常高,每一页都充满了干货,没有丝毫水分,是那种愿意反复翻阅并随时做笔记的工具书。

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这本书最让我感到惊喜的是它对现代电化学前沿问题的关注度,它展现的不仅仅是“原理”的恒久价值,更有对“方法”的与时俱进。虽然名字听起来偏向基础理论,但内容涵盖了许多近十年来迅速发展的领域,比如新型能源材料的电化学行为,以及一些涉及生物传感和绿色化学的新兴应用。这种平衡感把握得非常好,既为读者打下了坚实的根基,又指明了未来研究的方向。我特别欣赏其中关于非水溶剂电化学体系的讨论,面对更复杂的介质环境,作者依然能用统一的理论框架去解释观察到的现象,这极大地拓宽了我的应用视野。对于在读研究生而言,这本书提供的不仅仅是知识点,更是一种前瞻性的思维模型,引导我们去思考如何将基础原理应用到尚未被充分探索的领域,其启发性价值无法用金钱衡量。

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坦白说,我对一些同类书籍的阅读体验往往是疲劳和疏离的,但翻开这本《电化学原理和方法》后,我感受到了一种难得的亲切感,仿佛有一位经验丰富且极富耐心的导师在身边循循善诱。这本书的排版和字体选择都非常人性化,长时间阅读下来眼睛不容易疲劳,这对于需要长时间沉浸在学术材料中的学习者来说是一个巨大的加分项。更重要的是,它对“方法论”的强调并非停留在描述性的层面,而是深入到了实验设计和数据处理的哲学层面。它教会读者如何批判性地看待实验结果,如何识别潜在的系统误差,以及如何构建一个可靠的电化学测量流程。这种对实验严谨性的强调,远超出了普通教材的范畴,更像是一本高级实验指南。它让我意识到,理解原理和掌握操作同样重要,而这本书将两者完美地融合在一起,培养出的是既有理论深度又有实践锐度的专业人才。

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我对这本书的整体结构和逻辑编排感到由衷的赞叹,它展现出了一种严谨而又富有弹性的科学叙事风格。不同于市面上那些将实验技术与理论模型完全割裂开来的书籍,这本书巧妙地将“实践”融入了“理论”的骨架之中。每一个重要理论的提出,几乎都能立刻看到与之对应的经典实验案例作为支撑,这极大地增强了知识的可信度和操作性。更难能可贵的是,作者在讨论不同电化学体系时,如腐蚀、电镀、能源存储等,并没有简单地罗列结果,而是深入挖掘了隐藏在背后的通用数学框架和动力学规律。我花了大量时间去研读关于界面现象的章节,那里对双电层结构和吸附效应的分析可谓是鞭辟入里,清晰地勾勒出了电极表面那一微妙而又至关重要的物理化学世界。对于那些希望深入理解电化学反应本质而非仅仅停留在表面操作的工程师和研究人员来说,这本书无疑提供了极其宝贵的深度和广度。

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