電化學(xué)測量方法

內(nèi)容概要

　　本書全面系統(tǒng)地介紹了進行電化學(xué)測量所需要的各方面知識，內(nèi)容包括電化學(xué)測量的基本原則和步驟，電化學(xué)體系的數(shù)學(xué)描述，測量實驗的基本知識，測量儀器的基本原理，各類穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的測量方法。目前常用的電化學(xué)測量方法均給予了詳細(xì)的介紹，包括穩(wěn)態(tài)極化曲線的測量方法、控制電流階躍暫態(tài)法、控制電勢階躍暫態(tài)法、線性電勢掃描伏安法、脈沖伏安法、交流阻抗法、電化學(xué)掃描探針顯微技術(shù)、光譜電化學(xué)技術(shù)及其它聯(lián)用表征技術(shù)。重點介紹的是各類測量方法的原理、測量技術(shù)和數(shù)據(jù)解析方法，同時兼顧具體的實驗細(xì)節(jié)?！　”緯捎米鞲叩葘W(xué)校化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、工業(yè)催化、材料化學(xué)等專業(yè)的本科生和研究生的教材或教學(xué)參考書，也可供從事一切電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域生產(chǎn)和研究的科技人員參考。

書籍目錄

第1章　電化學(xué)測量概述11.1電化學(xué)測量方法及其發(fā)展歷史11.2電化學(xué)測量的基本原則21.3電化學(xué)測量的主要步驟3第2章　電化學(xué)體系的數(shù)學(xué)描述52.1拉普拉斯(Laplace)變換52.1.1定義52.1.2基本性質(zhì)和定理52.1.3單位階躍函數(shù)(unit step function)及其Laplace變換62.2電極界面擴散層中粒子濃度分布函數(shù)的一般數(shù)學(xué)表達(dá)式72.2.1擴散方程及其定解條件72.2.2實驗前溶液中不存在的電活性物質(zhì)粒子的濃度函數(shù)82.2.3實驗前溶液中存在的電活性物質(zhì)粒子的濃度函數(shù)82.2.4簡單電極反應(yīng)中粒子的表面濃度函數(shù)92.3泰勒(Taylor)級數(shù)展開式92.4誤差函數(shù)10第3章　電化學(xué)測量實驗的基本知識123.1電極電勢的測量123.1.1電極電勢123.1.2電極電勢的測量143.1.3對測量和控制電極電勢的儀器的要求143.2極化條件下電極電勢的正確測量153.2.1三電極體系153.2.2極化時電極電勢測量和控制的主要誤差來源163.3電流的測量和控制183.4參比電極183.4.1參比電極的一般性要求183.4.2常用的水溶液體系參比電極193.4.3雙參比電極233.4.4準(zhǔn)參比電極243.5鹽橋243.5.1液接界電勢(liquid junction potential)253.5.2鹽橋的設(shè)計253.6電解池273.6.1材料273.6.2設(shè)計要求283.6.3幾種常用的電解池293.7研究電極303.7.1汞電極303.7.2常規(guī)固體電極323.7.3超微電極413.7.4 單晶電極43第4章　穩(wěn)態(tài)測量方法464.1穩(wěn)態(tài)過程464.1.1穩(wěn)態(tài)（steady state）464.1.2穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的特點474.2各種類型的極化及其影響因素474.2.1極化的種類474.2.2各類極化的動力學(xué)規(guī)律484.2.3各種極化的特點和影響因素514.3控制電流法和控制電勢法524.3.1控制電流法524.3.2控制電勢法524.3.3控制電流法和控制電勢法的選擇534.4穩(wěn)態(tài)極化曲線的測定534.4.1階躍法測定穩(wěn)態(tài)極化曲線534.4.2慢掃描法測定穩(wěn)態(tài)極化曲線544.5根據(jù)穩(wěn)態(tài)極化曲線測定電極反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)的方法564.5.1塔費爾直線外推法測定交換電流（或腐蝕電流）564.5.2線性極化法測定極化電阻RP及交換電流i574.5.3利用弱極化區(qū)測定動力學(xué)參數(shù)584.6穩(wěn)態(tài)測量方法的應(yīng)用604.7流體動力學(xué)方法——強制對流技術(shù)614.7.1旋轉(zhuǎn)圓盤電極614.7.2旋轉(zhuǎn)圓環(huán)圓盤電極（rotating ring?disk electrode，RRDE）64第5章　暫態(tài)測量方法總論675.1暫態(tài)過程675.1.1暫態(tài)(transient state)675.1.2暫態(tài)過程的特點675.2暫態(tài)過程的等效電路695.2.1傳荷過程控制下的界面等效電路695.2.2濃差極化不可忽略時的界面等效電路705.2.3溶液電阻不可忽略時的等效電路715.3等效電路的簡化725.3.1傳荷過程控制下的電極等效電路725.3.2傳荷過程控制下的電極等效電路的進一步簡化745.4電荷傳遞電阻755.5暫態(tài)測量方法765.5.1暫態(tài)法的分類765.5.2暫態(tài)法的特點77第6章　控制電流階躍暫態(tài)測量方法786.1控制電流階躍暫態(tài)過程概述786.1.1具有電流突躍的控制電流暫態(tài)過程的特點786.1.2幾種常用的階躍電流波形796.2傳荷過程控制下的小幅度電流階躍暫態(tài)測量方法806.2.1單電流階躍法806.2.2斷電流法836.2.3方波電流法846.2.4雙脈沖電流法866.2.5小幅度控制電流階躍法測量等效電路元件參數(shù)的注意事項及適用范圍876.3濃差極化存在時的控制電流階躍暫態(tài)測量方法886.3.1電流階躍極化下的粒子濃度分布函數(shù)886.3.2過渡時間896.3.3可逆電極體系的電勢?時間曲線906.3.4完全不可逆電極體系的電勢?時間曲線916.3.5準(zhǔn)可逆電極體系的電勢?時間曲線926.3.6影響因素926.4控制電流階躍法研究電極表面覆蓋層936.4.1測量電極表面覆蓋層936.4.2判斷反應(yīng)物的來源946.5控制電流階躍暫態(tài)法的應(yīng)用956.5.1恒電流暫態(tài)研究氫在鉑電極上的析出機理956.5.2方波電流法測定電池歐姆內(nèi)阻966.6控制電流階躍暫態(tài)實驗技術(shù)976.6.1經(jīng)典恒電流電路976.6.2橋式補償電路986.6.3由運算放大器組成的實驗電路99第7章　控制電勢階躍暫態(tài)測量方法1007.1控制電勢階躍暫態(tài)過程概述1007.1.1具有電勢突躍的控制電勢暫態(tài)過程的特點1007.1.2幾種常用的階躍電勢波形1017.2傳荷過程控制下的小幅度電勢階躍暫態(tài)測量方法1017.2.1電勢階躍法1027.2.2方波電勢法1047.2.3小幅度控制電勢階躍法測量等效電路元件參數(shù)的注意事項及適用范圍1057.3極限擴散控制下的電勢階躍技術(shù)1057.3.1平板電極1067.3.2球形電極1087.3.3超微電極1107.4可逆電極反應(yīng)的取樣電流伏安法1117.4.1平板電極上基于線性擴散的伏安法1117.4.2超微電極上的穩(wěn)態(tài)伏安法1147.5準(zhǔn)可逆與完全不可逆電極反應(yīng)的取樣電流伏安法1157.5.1平板電極上基于線性擴散的伏安法1167.5.2超微電極上的穩(wěn)態(tài)伏安法1187.6計時安培(電流)反向技術(shù)1197.7計時庫侖(電量)法120第8章　線性電勢掃描伏安法1248.1線性電勢掃描過程概述1248.1.1線性電勢掃描過程中響應(yīng)電流的特點1248.1.2幾種常用的掃描電勢波形1268.2傳荷過程控制下的小幅度三角波電勢掃描法1268.2.1電極處于理想極化狀態(tài)，且溶液電阻可忽略1268.2.2電極上有電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，且溶液電阻可忽略1278.2.3電極上有電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，且溶液電阻不可忽略1288.2.4適用范圍及注意事項1298.3濃差極化存在時的單程線性電勢掃描伏安法1298.3.1可逆體系1298.3.2完全不可逆體系1348.3.3準(zhǔn)可逆體系1378.4循環(huán)伏安法1378.4.1可逆體系1398.4.2準(zhǔn)可逆體系1398.4.3完全不可逆體系1398.5多組分體系和多步驟電荷傳遞體系1408.6線性電勢掃描伏安法的應(yīng)用1418.6.1初步研究電極體系可能發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)1418.6.2判斷電極過程的可逆性1438.6.3判斷電極反應(yīng)的反應(yīng)物來源1448.6.4研究電活性物質(zhì)的吸脫附過程1448.6.5單晶電極電化學(xué)行為的表征146第9章　脈沖伏安法1489.1脈沖伏安法概述1489.2階梯伏安法1489.2.1斷續(xù)極譜法1499.2.2階梯伏安法1509.3常規(guī)脈沖伏安（極譜）法1509.3.1常規(guī)脈沖極譜法1519.3.2在非極譜電極上的行為1519.3.3反向脈沖伏安法1529.4差分脈沖伏安法1529.5方波伏安法1549.6脈沖伏安法的電分析應(yīng)用155第10章　交流阻抗法15710.1交流阻抗法的基本知識15710.1.1電化學(xué)系統(tǒng)的交流阻抗的含義15710.1.2正弦交流電的基本知識15810.1.3電化學(xué)阻抗譜的種類16110.1.4電化學(xué)系統(tǒng)的等效電路16110.1.5電化學(xué)交流阻抗法的特點16210.2傳荷過程控制下的簡單電極體系的電化學(xué)阻抗譜法16310.2.1電極阻抗與等效電路的關(guān)系16310.2.2頻譜法16410.2.3復(fù)數(shù)平面圖法16510.3濃差極化存在時的簡單電極體系的電化學(xué)阻抗譜法16810.3.1小幅度正弦交流電作用下電極界面附近粒子的濃度波動函數(shù)16810.3.2可逆電極反應(yīng)的法拉第阻抗17010.3.3準(zhǔn)可逆與完全不可逆電極反應(yīng)的法拉第阻抗17110.3.4電化學(xué)極化和濃差極化同時存在時的復(fù)數(shù)平面圖17310.4電極反應(yīng)表面過程的法拉第阻納17510.5電化學(xué)阻抗數(shù)據(jù)的測量技術(shù)17910.5.1頻率域的測量技術(shù)17910.5.2基于快速Fourier變換（FFT）的時間域的測量技術(shù)17910.6電化學(xué)阻抗譜的數(shù)據(jù)處理與解析18010.7電化學(xué)阻抗譜的應(yīng)用18310.8交流伏安法18510.8.1交流（AC）極譜法18510.8.2交流（AC）伏安法188第11章　電化學(xué)測量儀器的基本原理18911.1運算放大器18911.2由運算放大器構(gòu)成的典型電路19011.2.1電流跟隨器19111.2.2反相比例放大器19111.2.3反相加法器19211.2.4電流積分器19211.2.5電壓跟隨器19311.3恒電勢儀19311.3.1反相加法式恒電勢儀19311.3.2具有溶液歐姆壓降補償功能的反相加法式恒電勢儀19411.4計算機控制的電化學(xué)綜合測試系統(tǒng)196第12章　電化學(xué)掃描探針顯微技術(shù)19712.1電化學(xué)掃描探針顯微技術(shù)概述19712.2電化學(xué)掃描隧道顯微鏡19812.2.1STM的工作原理19812.2.2ECSTM裝置20012.2.3ECSTM的應(yīng)用20012.3電化學(xué)原子力顯微鏡20512.3.1ECAFM的原理與技術(shù)20512.3.2ECAFM的應(yīng)用20712.4掃描電化學(xué)顯微鏡21012.4.1SECM的工作原理21112.4.2探針的制備21212.4.3探針的質(zhì)量21212.4.4測量模式21212.4.5SECM的應(yīng)用213第13章　光譜電化學(xué)技術(shù)及其它聯(lián)用表征技術(shù)21713.1光譜電化學(xué)技術(shù)概述21713.1.1光譜電化學(xué)的創(chuàng)建和發(fā)展21713.1.2光譜電化學(xué)技術(shù)的分類21713.1.3光透電極和光譜電解池21813.2紫外可見光譜電化學(xué)技術(shù)21913.2.1透射法21913.2.2反射法22013.2.3光聲和光熱能譜（photoacoustic and photothermal spectroscopy）22113.2.4二次諧波光譜（second harmonic spectroscopy）22213.2.5紫外可見光譜電化學(xué)技術(shù)的優(yōu)點22313.3紅外光譜電化學(xué)技術(shù)22313.3.1電化學(xué)調(diào)制紅外反射光譜法（electrochemically modulated infrared spectroscopy，EMIRS）22313.3.2差減歸一化界面傅里葉變換紅外光譜法22413.3.3紅外反射吸收光譜法22513.4拉曼光譜電化學(xué)技術(shù)22513.4.1拉曼散射22513.4.2表面增強拉曼光譜22613.4.3共振拉曼光譜（resonance Raman spectroscopy，RRS）22713.5電子和離子能譜22813.5.1X射線光電子能譜（X?ray photoelectron spectroscopy，XPS）22813.5.2俄歇電子能譜（Auger electron spectroscopy，AES）22913.5.3低能電子衍射23013.5.4高分辨電子能量損失譜（high resolution electron energy loss spectroscopy，HREELS）23113.5.5質(zhì)譜（mass spectroscopy，MS）23113.6電子自旋共振23213.6.1基本原理23213.6.2電解池23313.6.3應(yīng)用23313.7電化學(xué)石英晶體微天平23313.7.1基本原理與儀器23413.7.2應(yīng)用23513.8電化學(xué)噪聲23513.8.1電化學(xué)噪聲分析原理23513.8.2電化學(xué)噪聲測量技術(shù)23613.8.3應(yīng)用237附錄 25℃下常用電極反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢參考文獻(xiàn)

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　　《電化學(xué)測量方法》可用作高等學(xué)?；瘜W(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、工業(yè)催化、材料化學(xué)等專業(yè)的本科生和研究生的教材或教學(xué)參考書，也可供從事一切電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域生產(chǎn)和研究的科技人員參考。

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