電極學(xué)

電極，一般情況下，僅指電子導(dǎo)體或電于導(dǎo)體材料，如鉑電極、石墨電極。

有時(shí)候，說到某種電極時(shí)，指的是電極反應(yīng)或整個(gè)電極系統(tǒng)(包括離子導(dǎo)體)，而不只是指電子導(dǎo)體材料，如參比電極。

若按電位高低區(qū)分電極，則電位較高的電極稱為正極，電位較低的電極則稱為負(fù)極。若按電極上發(fā)生的反應(yīng)區(qū)分電極，則發(fā)生氧化反應(yīng)的電極稱為陽極，發(fā)生還原反應(yīng)的電極稱為陰極。在電解槽中，正極即陽極，負(fù)極即陰極，在化學(xué)電源中，在工作狀態(tài)下(放電時(shí))負(fù)極是陽極，正極則是陰極；而在充電時(shí)，正極成為陽極，負(fù)極則為陰極。為了避免混淆，化學(xué)電源的電極，宜分別稱為正極和負(fù)極。

在電化學(xué)體系中伴隨著兩個(gè)非同類導(dǎo)體之間的電荷轉(zhuǎn)移而在兩相界面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，稱為電極反應(yīng)。

無電流通過時(shí)的電極電位，統(tǒng)稱靜態(tài)電位：有電流通過時(shí)的電極電位，統(tǒng)稱動(dòng)態(tài)電位。

當(dāng)電流通過電極時(shí)，電極電位偏離平衡電極電位(甲。)的現(xiàn)象，稱為電極的極化。平衡電極電位是電極上無電流通過時(shí)，處于平衡狀態(tài)下的一種電位。當(dāng)有外電流通過電極時(shí)，電極原來的平衡狀態(tài)就被破壞，因?yàn)殡姌O電位就向著偏離平衡電位的方向變動(dòng)，即發(fā)生了電極的極化。

陽極上發(fā)生極化時(shí)，陽極的電極電位總是變得比平衡電極電位還正，即電極電位向正的方向移動(dòng)，叫做陽極極化；陰極上發(fā)生極化時(shí)，陰極的電極電位總是要變得比平衡電極電位更負(fù)些，即電極電位向負(fù)的方向移動(dòng)，稱之為陰極極化。

電極學(xué)體系由下面幾個(gè)部分組成：

（1）反應(yīng)物和離子化物質(zhì)或有助于離子化作用的物質(zhì)，它們提供了電流的通路。體系的這一部分是電的離子導(dǎo)體（第二類導(dǎo)體），稱為電解質(zhì)。

（2）與電解質(zhì)相接觸的兩塊金屬板，它們和反應(yīng)物產(chǎn)生電子交換。并把電子轉(zhuǎn)移到外電路，或從外電路轉(zhuǎn)移電子進(jìn)來，這些金屬板稱為電極。

（3）聯(lián)結(jié)電極并保證電流在兩極間通過的金屬導(dǎo)體（第一類導(dǎo)體），叫做外電路。

任何金屬都是由排列整齊的金屬正離子及在其間半自由流動(dòng)著的電子所組成。在一般情況下，金屬在空氣中是穩(wěn)定的，組成它的金屬正離子不會(huì)離開金屬表面而逸出。但一旦把金屬置于電解質(zhì)溶液中時(shí)，在金屬與溶液的界面上就要發(fā)生粒子的交換而使金屬具備了電化學(xué)的某種特性，此時(shí)，即稱該金屬為“某電極”。換句話說，任何金屬在電解質(zhì)溶液中都成為電極。

可見，一種金屬放在它的鹽溶液中時(shí)，當(dāng)金屬與溶液間的陽離子交換達(dá)到平衡時(shí)，在金屬與溶液的界面間必然形成一定結(jié)構(gòu)的雙電層，產(chǎn)生一定的電位差，此電位差就稱為該金屬在它的鹽溶液中的電極電位。

《鈦電極反應(yīng)工程學(xué)》分成兩部分。第一部分講述電極反應(yīng)工程學(xué)。第二部分講述一種新型高效節(jié)能電極材料——鈦電極的制造及應(yīng)用?！垛侂姌O反應(yīng)工程學(xué)》適用從事電極研究，尤其從事鈦電極研究、生產(chǎn)和使用的工程技術(shù)人員閱讀，也可以供高等院校師生教學(xué)使用和參考。希望《鈦電極反應(yīng)工程學(xué)》的出版能對(duì)國(guó)內(nèi)鈦電極事業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展有一定的幫助?，F(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，要求電極科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，而電極材料和電極反應(yīng)工程學(xué)科的進(jìn)步，又有力地支持了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也使學(xué)科的理論進(jìn)一步得到完善。鈦電極誕生以來，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了巨大的作用。當(dāng)電極反應(yīng)工程進(jìn)入鈦電極時(shí)代后，業(yè)界對(duì)電極材料的研究更加深入、系統(tǒng)，對(duì)電極材料的應(yīng)用也更加廣泛，由此催生了電極學(xué)。通過對(duì)電極材料的精心選擇，達(dá)到電化學(xué)工藝的最優(yōu)化，是電極學(xué)研究的最終目的，而電極反應(yīng)工程學(xué)則是電極學(xué)科的一個(gè)分支。

第一部分 電極反應(yīng)工程學(xué)

第1章 電極的電催化作用

1.1 電極在電極反應(yīng)中的作用

1.1.1 對(duì)電極反應(yīng)速度產(chǎn)生影響

1.1.2 對(duì)反應(yīng)機(jī)理產(chǎn)生影響

1.1.3 通過控制電極電位改變電極反應(yīng)的方向和速度

1.1.4 過電位是電極過程動(dòng)力學(xué)一個(gè)重要參數(shù)

1.1.5 降低電解過程的能耗

1.1.6 電極材料對(duì)有機(jī)電合成反應(yīng)的作用

1.1.7 電極材料對(duì)電解法處理廢水的作用

1.2 電解工程對(duì)電極材料的要求

參考文獻(xiàn)

第2章 電極反應(yīng)工程實(shí)際問題

2.1 電極反應(yīng)工程生產(chǎn)中主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.1.1 電流效率

2.1.2 電化學(xué)反應(yīng)器工作電壓

2.1.3 直流電耗

2.2 氣泡效應(yīng)

2.2.1 電極析氣對(duì)溶液電導(dǎo)率的影響

2.2.2 析氣電極的電流分布

2.3 電極表面的電位及電流分布

2.3.1 一次電流分布

2.3.2二次電流分布

2.3.3三次電流分布

參考文獻(xiàn)

第3章 工業(yè)電解用電槽及電極

3.1 工業(yè)電解槽

3.1.1 電解槽的分類

3.1.2 電解槽的連接與組合

3.2 工業(yè)電解用電極

3.2.1 石墨電極

3.2.2 鉛及鉛基合金電極

3.2.3 反應(yīng)性金屬電極

3.2.4 SPE復(fù)合電極

3.2.5 金剛石膜電極

3.2.6 氣體擴(kuò)散電極

3.2.7 充填式電極

3.2.8 粒子床電極

3.2.9 旋轉(zhuǎn)圓筒電極

3.2.10 三維電極

3.2.11 填充床電極

3.2.12 流動(dòng)床電極

3.2.13 回流床電極

3.2.14 陶瓷電極

參考文獻(xiàn)

第4章 電極反應(yīng)工程實(shí)例

4.1 氯堿工業(yè)

4.1.1 隔膜電解法

4.1.2 離子膜電解法

4.1.3 水銀電解法

4.2 電解提取有色金屬

4.2.1 氯化物溶液電解提取金屬

4.2.2 氯化物硫酸鹽混合溶液電解提取金屬

4.3 有機(jī)電合成

4.4 電解法降解有機(jī)廢水

4.5 陰極保護(hù)

4.5.1 船舶保護(hù)用陽極

4.5.2 淡水和淡海水中的橋梁、碼頭保護(hù)用陽極

4.5.3 地下管網(wǎng)保護(hù)用深井陽極

4.5.4 地下貯罐底板保護(hù)用陽極

4.5.5 鋼筋混凝土構(gòu)件保護(hù)用陽極

參考文獻(xiàn)

第二部分 一種新型高效節(jié)能電極材料——鈦電極的制造及應(yīng)用

第5章 鈦陽極制造工藝

5.1 金屬電極發(fā)展史

5.2 涂層鈦電極的優(yōu)點(diǎn)

5.3 涂層鈦電極制造工藝過程

5.3.1 基體金屬的選用

5.3.2 陽極幾何結(jié)構(gòu)形狀的合理設(shè)計(jì)

5.3.3 陽極基體的焊接加工

5.3.4 去油污

5.3.5 酸蝕刻

5.3.6 涂液的配制

5.3.7 涂敷涂層

參考文獻(xiàn)

第6章 鈦電極在化工領(lǐng)域的應(yīng)用

6.1 氯堿工業(yè)

6.2 氯酸鹽生產(chǎn)

6.3 次氯酸鹽生產(chǎn)

6.3.1 制取次氯酸鈉工藝

6.3.2 次氯酸鈉發(fā)生器用電極材料

6.3.3 次氯酸鈉發(fā)生器的應(yīng)用

6.4 高氯酸鹽生產(chǎn)

6.5 過硫酸鹽電解

6.6 重鉻酸制備

6.6.1 電極的制備

6.6.2 Cr3 電化學(xué)氧化生成cr2O72的機(jī)理

6.6.3 超聲對(duì)cr3 電化學(xué)氧化過程時(shí)電流效率的影響

6.7 電解法制備過氧化氫

6.7.1 電解法制過氧化氫的基本原理

6.7.2 生產(chǎn)過氧化氫的生產(chǎn)工藝

6.8 二氧化氯的制取

6.9 有機(jī)電合成

6.9.1 烯烴電氧化環(huán)合反應(yīng)

6.9.2 芳香族化合物

6.9.3 芳香醛工業(yè)化生產(chǎn)

6.9.4 葡萄糖酸鈣和山梨糖醇的成對(duì)電合成

6.9.5 N-苯基硫脲的間接電氧化

6.9.6 間接電氧化合成L-磺基丙氨酸

6.9.7 成對(duì)電解合成甘露醇、山梨醇和葡萄糖酸鹽

6.9.8 成對(duì)合成1，2-二醇類化合物

6.9.9 電解合成含氮有機(jī)物

6.9.1 0葡萄糖的間接電解氧化

……

第7章 鈦電極在電冶金領(lǐng)域的應(yīng)用

第8章 鈦電極在金屬箔生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用

第9章 鈦電極在電鍍領(lǐng)域的應(yīng)用

第10章 鈦電極在處理廢水（環(huán)境保護(hù)）領(lǐng)域的應(yīng)用

第11章 鈦電極在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用

第12章 鈦電極在陰極保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

第13章 鈦電極在電滲析領(lǐng)域的應(yīng)用

第14章 鈦電極在其他領(lǐng)域的應(yīng)用2100433B

氣體擴(kuò)散電極是粉末多孔電極在氣體電極中的應(yīng)用。電極的活性物質(zhì)是氣體。氣體電極反應(yīng)在電極微孔內(nèi)表面形成的氣一液-固三相界面上進(jìn)行。工業(yè)上已得到應(yīng)用的是氫電極和氧電極，如燃料電池的正、負(fù)極和鋅一空氣電池的正極都是這種氣體擴(kuò)散電極。典型的電極結(jié)構(gòu)有:雙層多孔電極(又稱培根型電極)、防水型電極、隔膜型電極等。

1、電沉積式電極電沉積式電極是以沖孔鍍鎳鋼帶為陰極，在硫酸鹽或氯化物中，將活性物質(zhì)電沉積到基體上，經(jīng)輥壓，烘干，涂粘結(jié)劑，剪切成電極片。電沉積式電極制造工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，活性物質(zhì)利用率高。用電沉法可以制備鎳、鍋、鉆、鐵等高活性電極，其中電沉積式錫電極已在隔一鎳電池中應(yīng)用。

2、纖維式電極纖維式電極是以纖維鎳氈狀物作基體，向基體孔隙中填充活性物質(zhì)，電極基體孔隙率達(dá)93%一”%，具有高比容量和高活性二電極制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，但鎳?yán)w維易造成電池正、負(fù)極短路，自放電大，尚未大量應(yīng)用?！?