电催化与电催化电极剖析.ppt

第四章电催化与电催化电极§§§§§45其他催化电极§、概述二、电催化的类型与原理§41电催化与电催化基本原理、概述1、电化学催化的定义整个电极反应中既不产生也不会消耗的物质,对电极反应的加速作用称为电化学催化能催化电极反应的或者说对电极反应起加速作用的物质称为电催化剂2、电催化的本质:通过改变电极表面修饰物(或表面状态)或溶液相中的修饰物,大范围的改变反应的电极电势与反应速率,使电极除具有电子传递功能外,还能促进和选择电化学反应3、电催化反应的共性反应过程包含两个以上的连续步骤,且在电极表面生成化学吸附中间产物。许多由离子生成分子或使分子降解的电极反应都属于此类反应。分成两类:(1)离子或分子通过电子传递步骤在电极表面上产生吸附中间物,经过电化学脱附步骤或化学步骤生成稳定的分子如酸性溶液中的氢析反应:H3O++M+e→(MH+H2O(电子传递)(MH)+H3O++e-H2+M+H2O(电化学吸附)2(M-H)→H2+2M(表面复合)(2)反应物在电极上进行解离式或缔合式化学吸附,随后中间物或吸附反应物进行电子传递或表面化学反应如甲醛的电化学氧化HCOOH+2M->M-H+(M-COOH)(解离)(M-H)→M+H++e(电子传递)M-COOH→M+CO2+H++e(电子传递)二、电催化的特征1主要特征:受电极电位的影响其他影响因素:温度、浓度、压力表现在化学吸附中间物的生成速度和表面覆盖度,与电极电位有关。金属电极表面电荷密度变化,从而电极表面可调变的Lewis酸-碱特征影响电极/溶液界面上离子的吸附和溶剂的取向吸附中间物常借助电子传递或其他化学吸附物进行脱附的速度2电极材料的改变,反应速度发生变化主效应:电极材料对反应活化能的影响特点:反应速度改变几个数量级次效应:电极材料改变双电层结构的影响特点:反应速度变化已有1~2个数量级3不同电极材料电解同种物质,产物不同。、,,不易中毒失效。成本低廉、易得、具有安全性某些电极材料可在电极反应前或电极反应中活化,提高反应速度。例如:交流脉冲法、超声波辐射,二、催化电极的特性满足的要求口良好的稳定性:能承受杂质或中间产物的作用而不失活口良好的机械物理物质。口电子导体:具有良好的导电性,与导电材料(石墨、金属)结合后电阻小口高催化活性:加速所需的电化学反应,抵制不需要的或有害的副反应;口成本低廉、易得、具有安全性