材料电化学基础(胡方圆)

本书主要介绍电化学相关领域的基本知识、主要应用和电化学测试技术。全书从电化学的发展入手，主要包括电化学界面学、电化学热力学、电化学过程动力学、应用电化学和电化学测试五部分内容。全书前半部分重点介绍了已经成熟的电化学基础理论，后半部分则从实用的角度分别介绍了气体电催化、金属阳极过程、金属电沉积过程、电化学能量转化及储能器件和电化学测试方法等基础知识，既有经典的理论模型，又有前沿的实际应用。 本书可作为高等院校材料科学与工程、材料化学类、电化学工程类、能源与储能类相关专业的教学用书，也可供从事电化学和材料方向相关工作的科技人员参考。

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第1章 绪论 1.1　电化学的发展历程与未来趋势　001 1.1.1　电化学的发展历程　001 1.1.2　电化学发展的必要性和迫切性　003 1.2　电化学基本概念　004 1.2.1　离子、电解质与电荷的量子化　004 1.2.2　电解池与原电池　005 1.2.3　法拉第定律　006 1.2.4　量度单位制　007 1.3　电解液的基本概念　008 1.3.1　电解液概述　008 1.3.2　电解液电导率及其测量　008 1.3.3　离子迁移率与离子电导率　011 1.3.4　活度基本概念　012 例题　014 思考题　014 习题　015 第2章　相边界的双电层结构 2.1　电极/溶液界面的基本结构与性质　016 2.1.1　离子的溶剂化　016 2.1.2　电极/溶液界面的基本结构　018 2.1.3　斯特恩模型　020 2.1.4　紧密层的结构　023 2.1.5　零电荷电势　026 2.2　电毛细现象　027 2.2.1　电毛细曲线及其测定　027 2.2.2　电毛细曲线的微分方程　028 2.2.3　不可极化界面的电毛细方程　029 2.2.4　微分电容的测量　030 2.3　电极/溶液界面的吸附现象　032 2.3.1　吸附等温线的形式　032 2.3.2　粒子在电极表面的吸附　034 2.3.3　研究电极表面吸附层的电化学方法　036 例题　037 思考题　039 习题　039 第3章 电极过程热力学概述 3.1　相间电势　041 3.1.1　内电势与外电势　042 3.1.2　金属接触电势　042 3.1.3　电极电势　043 3.1.4　绝对电势与相对电势　045 3.1.5　标准氢电极和标准电极电势　045 3.1.6　液体接界电势　047 3.2　吉布斯自由能与能斯特方程　049 3.2.1　电池电动势与Gibbs 自由能　049 3.2.2　电池反应的摩尔熵变　050 3.2.3　电池反应的摩尔焓变　050 3.2.4　电池可逆放电时的反应热　050 3.2.5　电池电动势与化学平衡常数的关系　050 3.2.6　能斯特方程　051 3.3　可逆电池与可逆电极　053 3.3.1　可逆电池　053 3.3.2　电池符号的表达方式　053 3.3.3　可逆电极的类型　054 3.3.4　可逆电池的类型　055 3.4　不可逆电极　058 3.4.1　不可逆电极的特征　058 3.4.2　不可逆电极的类型　060 3.4.3　可逆/不可逆电势的判定　060 3.5　φ-pH 图及其应用　061 3.5.1　φ-pH 图的绘制方法及分类　062 3.5.2　水的φ-pH 图　063 3.5.3　Fe-H2 O 体系的φ-pH 图及应用　064 3.5.4　φ-pH 图的局限性　066 例题　066 思考题　067 习题　068 第4章 电极过程动力学概述 4.1　电极的极化　069 4.1.1　电极极化现象　069 4.1.2　极化产生的原因　070 4.1.3　极化曲线　070 4.2　电化学体系极化　074 4.2.1　原电池的极化　074 4.2.2　电解池的极化　075 4.3　电极过程特征　076 4.3.1　电极过程的基本历程　077 4.3.2　电极过程的速度控制步骤　078 例题　079 思考题　079 习题　080 第5章 液相传质动力学 5.1　液相传质方式　081 5.1.1　电迁移　081 5.1.2　对流　082 5.1.3　扩散　082 5.1.4　三种传质方式的关系　083 5.2　稳态扩散过程　084 5.2.1　不同条件下的稳态扩散　084 5.2.2　旋转圆盘电极　088 5.2.3　电迁移对稳态扩散的影响　089 5.3　浓差极化方程　090 5.3.1　浓差极化规律　090 5.3.2　浓差极化的判别方法　094 5.4　非稳态扩散过程　095 5.4.1　菲克第二定律　095 5.4.2　非稳态过程的浓度变化　095 5.5　滴汞电极简介　103 5.5.1　滴汞电极基本性质　104 5.5.2　极谱电流　104 5.5.3　极谱波　105 例题　107 思考题　109 习题　109 第6章 电子转移步骤动力学 6.1　电极电势与电子转移动力学的关系　111 6.1.1　电极电势对电荷转移步骤活化能的影响　111 6.1.2　电极电势对电子转移反应速率的影响　114 6.2　电荷转移过程的基本动力学参数　115 6.2.1　传递系数　115 6.2.2　交换电流密度j0 　115 6.2.3　电极反应速率常数K 　117 6.3　稳态下的电化学极化规律　118 6.3.1　电化学极化的主要特征　119 6.3.2　巴特勒-伏尔摩方程式　119 6.4　多电子反应的电极动力学　123 6.4.1　电子分步转移的电化学反应　123 6.4.2　多电子转移的动力学规律　125 6.4.3　双电层结构对电化学反应动力学规律的影响　126 6.4.4　浓度极化对电化学反应动力学规律的影响（不考虑ψ1 效应）　127 6.4.5　影响电极反应速率的因素　129 例题　129 思考题　130 习题　130 第7章 氢、氧电极化过程 7.1　氢电极过程　131 7.1.1　氢电极　131 7.1.2　氢的阴极还原过程　131 7.1.3　析氢过电势及其影响因素　133 7.1.4　氢阴极还原过程的机理　136 7.1.5　氢的阳极氧化　139 7.2　氧电极过程　140 7.2.1　氧的阴极还原　140 7.2.2　氧的阳极氧化　141 7.3　探究气体电极过程的意义　142 例题　143 思考题　143 习题　144 第8章 金属的电化学腐蚀过程 8.1　阳极反应过程的特点　145 8.2　金属的钝化　147 8.2.1　钝化出现的原因　147 8.2.2　钝化的影响因素　148 8.2.3　金属钝化理论　150 8.3　金属的腐蚀　153 8.3.1　电化学腐蚀机理　153 8.3.2　金属的腐蚀过程　157 8.3.3　金属腐蚀的防护　160 例题　162 思考题　162 习题　163 第9章 金属的电沉积过程 9.1　金属的电沉积　164 9.1.1　电沉积的基本过程及实质　164 9.1.2　电沉积的影响因素　165 9.2　金属的阴极还原　174 9.2.1　金属离子在溶液中的阴极还原　174 9.2.2　简单金属离子的阴极还原　177 9.2.3　金属络离子的阴极还原　178 9.3　电沉积与电镀　179 9.3.1　电沉积　179 9.3.2　电镀　180 例题　181 思考题　181 习题　182 第10章 传统电池 10.1　电池的基本性能参数　184 10.1.1　电池的结构与反应　184 10.1.2　电池电动势　184 10.1.3　电极极化现象　186 10.1.4　电池容量　188 10.1.5　电池的效率　189 10.1.6　自放电现象　189 10.2　传统一次电池　191 10.2.1　锌锰干电池　191 10.2.2　碱锰干电池　193 10.3　传统二次电池　195 10.3.1　铅酸蓄电池　195 10.3.2　镍基电池　197 10.3.3　锂离子电池　198 10.4　燃料电池　200 10.4.1　燃料电池基础　200 10.4.2　燃料电池的效率　202 例题　203 思考题　203 习题　204 第11章 新型能量转化及储能器件 11.1　超级电容器　205 11.1.1　超级电容器概述　206 11.1.2　超级电容器的分类　209 11.1.3　超级电容器关键材料及实例分析　213 11.2　锂硫电池　216 11.2.1　锂硫电池概述　217 11.2.2　锂硫电池关键材料及实例分析　220 11.3　钠离子电池　226 11.3.1　钠离子电池发展历程与基本概念　226 11.3.2　钠离子电池关键材料　227 11.3.3　实例分析　230 11.4　固态电池　233 11.4.1　固态电解质概述　233 11.4.2　固态电解质在电池中的实际应用　237 例题　243 思考题　243 习题　244 第12章 电化学测试方法 12.1　电化学信号的测量　245 12.1.1　电极电势的测量　245 12.1.2　极化电流的测量　246 12.1.3　工作电极　247 12.1.4　参比电极　249 12.1.5　辅助电极及盐桥　252 12.1.6　电解池　254 12.2　电极动力学过程参数的研究方法　255 12.2.1　稳态和暂态　255 12.2.2　暂态测量技术　256 12.2.3　控制电流的暂态测量技术　257 12.2.4　控制电势的暂态测量技术　259 12.3　线性电势扫描与循环伏安技术　262 12.3.1　线性电势扫描技术　262 12.3.2　循环伏安技术　265 12.4　电化学阻抗谱　268 12.4.1　交流电路的基本性质　268 12.4.2　法拉第阻抗及应用　270 12.4.3　交流电化学阻抗谱　271 例题　273 思考题　273 习题　273 附录 附录一　常见的标准电极电势　274 附录二　常见的溶度积（298.15K）　275 附录三　常见的直接电荷转移气体反应类型　276 附录四　常见的物理常量　276 参考文献