本書重點講解了多種類型的伏安法，如循環(huán)伏安法、微電極上的伏安法、流體動力學(xué)電極等，包括實驗設(shè)計、思路說明及數(shù)據(jù)解讀。讀者若從未接觸過電化學(xué)或伏安法，需要具備與碩士研究生水平相當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)知識，以理解本書前三章的基礎(chǔ)性內(nèi)容(分別為平衡電化學(xué)與Nernst方程、電極動力學(xué)和擴散)。本書的內(nèi)容較為完備，同時給出了文中提到的重要研究論文的參考文獻，以便讀者由此跟進相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。
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目錄
譯者的話
前言
關(guān)于作者
1 平衡電化學(xué)和Nernst方程 1
1.1 化學(xué)平衡 1
1.2 電化學(xué)平衡：簡介 4
1.3 電化學(xué)平衡：溶液-電極界面的電子轉(zhuǎn)移 6
1.4 電化學(xué)平衡：Nernst方程 7
1.5 Walther Hermann Nernst 12
1.6 參比電極和電極電勢的測量 13
1.7 氫電極作為參比電極 17
1.8 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢與形式電勢 18
1.9 形式電勢與實驗伏安法 21
1.10 電極過程：動力學(xué)vs. 熱力學(xué) 23
參考文獻 24
2 電極動力學(xué) 25
2.1 電流和反應(yīng)通量 25
2.2 研究電極動力學(xué)需要三個電極 26
2.3 Butler-Volmer動力學(xué) 28
2.4 標(biāo)準(zhǔn)電化學(xué)速率常數(shù)和形式電勢 30
2.5 需要支持電解質(zhì)的原因 32
2.6 Tafel定律 32
2.7 Julius Tafel 33
2.8 多步電子轉(zhuǎn)移過程 34
2.9 Tafel分析與析氫反應(yīng) 36
2.10 為什么一些標(biāo)準(zhǔn)電化學(xué)速率常數(shù)很大而另一些很小？電子轉(zhuǎn)移的Marcus理論簡介 40
2.11 進一步探討Marcus理論：內(nèi)球和外球電子轉(zhuǎn)移 44
2.12 進一步探討Marcus理論：絕熱反應(yīng)和非絕熱反應(yīng) 45
2.13 進一步探討Marcus理論：計算活化Gibbs能 46
2.14 Marcus理論與Butler-Volmer動力學(xué)的關(guān)系 49
2.15 Marcus理論與實驗——成功吻合 50
2.16 Marcus理論的延伸：電子的Fermi-Dirac分布。對稱與非對稱Marcus-Hush理論 51
參考文獻 53
3 擴散 55
3.1 Fick第一擴散定律 55
3.2 Fick第二擴散定律 56
3.3 Fick定律的分子基礎(chǔ) 57
3.4 Fick是如何發(fā)現(xiàn)擴散定律的？ 59
3.5 Cottrell方程：解Fick第二定律 62
3.6 Cottrell難題：擴散系數(shù)不等的情況 65
3.7 Nernst擴散層 67
3.8 傳質(zhì)vs. 電極動力學(xué)：穩(wěn)態(tài)的電流-電勢波形 69
3.9 傳質(zhì)校正后的Tafel關(guān)系 71
參考文獻 75
4 宏電極上的循環(huán)伏安法 76
4.1 循環(huán)伏安法：實驗部分 76
4.2 循環(huán)伏安法：解傳輸方程 77
4.3 循環(huán)伏安法：可逆與不可逆動力學(xué) 78
4.4 什么決定了“可逆”和“不可逆”行為？ 83
4.5 可逆和不可逆行為：電勢掃描速率的影響 84
4.6 可逆vs. 不可逆伏安法：小結(jié) 88
4.7 循環(huán)伏安圖的測量：五個實際問題 89
4.8 擴散系數(shù)不相等(DADB)的影響 91
4.9 多電子轉(zhuǎn)移：可逆電極動力學(xué) 93
4.10 多電子轉(zhuǎn)移：不可逆電極動力學(xué) 100
4.11 pH對循環(huán)伏安法的影響 104
4.12 方框圖 107
4.13 電極動力學(xué)中可同時發(fā)生兩電子轉(zhuǎn)移？ 108
參考文獻 109
5 微電極上的循環(huán)伏安法 111
5.1 基于球形或半球形電極的Cottrell方程 111
5.2 微盤電極上電勢階躍的瞬態(tài)響應(yīng) 114
5.3 微電極具有很大的電流密度和快速的響應(yīng)時間 116
5.4 微盤電極的電勢階躍計時電流法的應(yīng)用 117
5.5 微盤電極上的雙電勢階躍計時電流法探究電生成物質(zhì)的擴散系數(shù) 119
5.6 使用微電極的循環(huán)和線性掃描伏安法 123
5.7 微盤電極上的穩(wěn)態(tài)伏安測量 130
5.8 微電極vs. 宏電極 131
5.9 超快循環(huán)伏安法：掃描速率為兆伏特每秒 134
5.10 超小電極：在納米尺度上進行研究 134
參考文獻 136
6 異質(zhì)表面的伏安法 137
6.1 部分阻塞電極 137
6.2 微電極陣列 147
6.3 高度有序熱解石墨電極的伏安法 150
6.4 電化學(xué)異質(zhì)電極 153
6.5 多孔膜覆蓋的電極 155
6.6 伏安粒度分析 157
6.7 掃描電化學(xué)顯微鏡 160
參考文獻 162
7 循環(huán)伏安法：耦合均相動力學(xué)和吸附現(xiàn)象 164
7.1 均相耦合反應(yīng)：科學(xué)表述與示例 164
7.2 修正Fick第二定律以描述化學(xué)反應(yīng) 165
7.3 EC反應(yīng)的循環(huán)伏安特征 166
7.4 參數(shù)K1和Λ是如何推導(dǎo)出來的？ 169
7.5 EC2反應(yīng)的循環(huán)伏安特征 171
7.6 EC與EC2過程的實例 174
7.7 ECE過程 181
7.8 ECE vs. DISP 186
7.9 CE機理 188
7.10 EC′(催化)機理 189
7.11 吸附現(xiàn)象 192
7.12 液滴和固體顆粒的伏安法研究 198
參考文獻 201
8 流體動力學(xué)電極 203
8.1 對流 203
8.2 修改Fick定律以用于描述對流 204
8.3 旋轉(zhuǎn)圓盤電極：簡介 205
8.4 旋轉(zhuǎn)圓盤電極理論 207
8.5 Osborne Reynolds (1842—1912) 208
8.6 旋轉(zhuǎn)圓盤電極理論的延伸 208
8.7 旋轉(zhuǎn)圓盤電極上的計時電流法：展示模擬研究重要性的一個例證 213
8.8 旋轉(zhuǎn)圓盤和耦合均相動力學(xué) 215
8.9 通道電極：簡介 217
8.10 通道電極：Levich方程的推導(dǎo) 219
8.11 通道流通池和耦合均相動力學(xué) 221
8.12 通道電極上的計時電流法 225
8.13 通道電極不是“均一可及的” 226
8.14 通道微電極 227
8.15 用于機理電化學(xué)的通道微帶電極陣列 228
8.16 高速通道電極 231
8.17 基于碰撞噴射的流體動力學(xué)電極 233
8.18 超聲伏安法 234
參考文獻 240
9 用于電分析的伏安法 242
9.1 電勢階躍伏安技術(shù) 242
9.2 微分脈沖伏安法 242
9.3 方波伏安法 243
9.4 溶出伏安法 245
9.5 超聲電分析 251
參考文獻 255
10 弱支持介質(zhì)中的伏安法：電遷移和其他效應(yīng) 256
10.1 充分支持伏安法中的電勢和電場 256
10.2 帶電電極周圍的離子分布 257
10.3 電極-溶液界面：Gouy-Chapman理論之上的發(fā)展 261
10.4 雙電層對電極動力學(xué)的影響：Frumkin效應(yīng) 263
10.5 A. N. Frumkin 264
10.6 通過擴散和電遷移的傳輸 265
10.7 離子遷移率的測量 266
10.8 液接電勢 267
10.9 弱支持介質(zhì)中的計時電流法和循環(huán)伏安法 271
參考文獻 273
11 納米尺度下的伏安法 275
11.1 向支撐在電極上的粒子傳質(zhì) 275
11.2 納米粒子伏安法：電極尺寸縮小改變傳質(zhì) 279
11.3 納米尺度上化學(xué)行為的變化 286
11.4 溶液中納米粒子的電化學(xué)研究：“納米碰撞” 287
參考文獻 289
附錄 290
電極過程的模擬 290
A.1 Fick第一和第二定律 290
A.2 邊界條件 290
A.3 有限差分方程 290
A.4 后向隱式法 291
A.5 小結(jié) 293
參考文獻 293
索引 294
書單推薦
