電化學吸附和電催化的原位光譜研究

前言

電吸附和電催化是電化學科學的核心內容。前者涉及固／液界面電場作用下反應分子吸附過程的熱力學和動力學，后者涵蓋反應分子的催化反應（氧化、還原）及其與電極表面的相互作用，特別是研究電極表面結構（化學結構、電子結構和原子排列結構）與反應性能之間的內在聯系和規(guī)律。電吸附和電催化既是電化學、表面科學、異相催化、材料科學等學科交叉研究的基礎理論前沿課題，亦是重大應用領域中的關鍵，包括能源轉換（燃料電池、超級電容器、高性能化學電池、氫能）、物質轉化（電有機合成、納米材料和功能材料制備）、環(huán)境保護（水處理、傳感器、降解有機廢料、臭氧產生）、工業(yè)過程（氯堿工業(yè)，金屬加工、成形，精飾），以及高新技術（如超大規(guī)模集成電路芯片中金屬布線和表面加工，生物芯片、傳感器、高效電化學分離技術）。20世紀60年代之前，對固／液界面的研究主要以電信號（電勢、電流）作為激勵和檢測手段，獲得電極／電解質溶液界面和電極表面的各種平均信息，進而從宏觀層次對各種電化學過程進行唯像研究。引入各種譜學方法研究電化學過程不僅可在微觀層次揭示電極表面過程，而且可在分子水平深入認識電化學反應機理，從而發(fā)展電化學及其相關學科的基礎理論，推進其在重大領域中的應用。但是，由于固／液界面溶劑分子的干擾、電磁輻射在固體材料電極表面反射時導致能量損失等因素，使得以原位（in-situ）光譜和非原位（ex-situ）電子能譜為核心內容的譜學電化學的建立過程進展緩慢。1966年，J．Feinleib首次觀察到金和銀電極表面的電反射效應，奠定了電化學原位紫外可見反射光譜（UV／Vis）的基礎；1974年，M．Fleiscklman等檢測到經電化學粗糙的銀電極表面的增強拉曼散射信號，開創(chuàng)了表面增強拉曼散射（SERS）的嶄新領域；1980年，A．Bewick等人成功地建立電化學原位紅外光譜技術，推進了固／液界面電化學過程在分子水平層次的研究。近20多年來，各種現代科學技術的飛速發(fā)展極大地縮短了將各種新的譜學技術應用于固／液界面電化學過程研究的周期，如掃描探針顯微鏡（SPM）、非線性光譜（SHG、SFG發(fā)展，利用同步輻射光源的表面x光譜（EXAFS、EXNES、SXS）和遠紅外光譜（Far-IR）等。與各種原位譜學方法的建立同步，在微觀層次和分子水平研究電吸附和電催化過程也取得了豐碩的成果，這不僅極大地豐富了學科的基礎理論，而且推進和發(fā)展了相關的重要應用。雖然在譜學電化學發(fā)展的不同時期有相關進展的綜述文章發(fā)表，但至今尚無關于電吸附和電催化原位光譜系統(tǒng)研究的專著出版。廈門大學林仲華教授等曾編著并由科學出版社于1990年出版了《電化學中的光學方法》一書，該書側重介紹電化學原位激光拉曼光譜、紅外反射光譜、紫外可見反射光譜、橢圓偏振光譜和光聲光譜等方法的技術原理，主要綜述了譜學電化學發(fā)展初期的文獻和研究進展。我們要真誠感謝Elsevier公司于2007年2月出版的“In_situ Spectroscopic Studies of Adsorptionat the Electrodeand Electrocatalysis”，這是一部關于電吸附和電催化原位光譜研究最新進展和前沿研究的專著。

內容概要

　　20世紀60年代之前，對固／液界面的研究主要以電信號（電勢、電流）作為激勵和檢測手段，獲得電極／電解質溶液界面和電極表面的各種平均信息，進而從宏觀層次對各種電化學過程進行唯像研究。引入各種譜學方法研究電化學過程不僅可在微觀層次揭示電極表面過程，而且可在分子水平深入認識電化學反應機理，從而發(fā)展電化學及其相關學科的基礎理論，推進其在重大領域中的應用。但是，由于固／液界面溶劑分子的干擾、電磁輻射在固體材料電極表面反射時導致能量損失等因素，使得以原位（in-situ）光譜和非原位（eX_situ）電子能譜為核心內容的譜學電化學的建立過程進展緩慢。1966年，J．Feinleib首次觀察到金和銀電極表面的電反射效應，奠定了電化學原位紫外可見反射光譜（UV／Vis）的基礎；1974年，M．Fleiscklman等檢測到經電化學粗糙的銀電極表面的增強拉曼散射信號，開創(chuàng)了表面增強拉曼散射（SERS）的嶄新領域；1980年，A．Bewick等人成功地建立電化學原位紅外光譜技術，推進了固／液界面電化學過程在分子水平層次的研究。近20多年來，各種現代科學技術的飛速發(fā)展極大地縮短了將各種新的譜學技術應用于固／液界面電化學過程研究的周期，如掃描探針顯微鏡（SPM）、非線性光譜（SHG、SFG發(fā)展，利用同步輻射光源的表面x光譜（EXAFS、EXNES、SXS）和遠紅外光譜（Far-IR）等。與各種原位譜學方法的建立同步，在微觀層次和分子水平研究電吸附和電催化過程也取得了豐碩的成果，這不僅極大地豐富了學科的基礎理論，而且推進和發(fā)展了相關的重要應用。

作者簡介

作者：(美國)克斯狄森(Paul Andrew Christensen) (美國)魏茨科夫斯基(Andrzej Wieckowski) 孫士剛

書籍目錄

前言撰稿人1  結構明確的金屬電極表面吸附物種酸堿平衡的原位紅外光譜研究2  有機小分子氧化過程的紅外反射光譜研究3  燃料電池納米材料電極的反射紅外光譜研究4  不同條件下Ru（OOOl）電極上有機小分子吸附和氧化的原位FTIR光譜研究5  原位顯微FTIR反射光譜及其在電化學吸附和納米結構表面電催化中的應用6  紅外光譜電化學：外反射、全反射和透射研究中的儀器方法7  動態(tài)表面增強紅外吸收光譜及其研究鉑電極表面的電催化反應8  燃料電池運行中的原位紅外光譜9  紅外可見光和頻發(fā)生及其相關非線性光學技術研究電化學界面的振動和電子譜學性質10  原位拉曼光譜研究不同過渡金屬表面吡啶吸附過程1l  電化學表面CO化學吸附的原位X射線散射和紅外反射吸收光譜12  電化學界面研究中的彈性共振和非彈性X光散射過程13  原位電子自旋共振譜研究電極表面順磁物質和電極材料內部的電子自旋14  耦合界面電化學與核磁共振譜：電子結構透視15  從階梯晶面到有序二元金屬電極：電化學微分質譜和電化學掃描探針顯微術研究吸附和電催化主題索引

章節(jié)摘錄

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《電化學吸附和電催化的原位光譜研究》由科學出版社出版。

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