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出版者:

作者:Bockris, J. O'M./ Khan, Shahed U. M.

出品人:

頁數:1078

译者:

出版時間:1993-5

價格:$ 190.97

裝幀:

isbn號碼:9780306442988

叢書系列:

圖書標籤:

• Surface Chemistry
• Electrochemistry
• Electrode Processes
• Interface Science
• Corrosion
• Sensors
• Materials Science
• Nanomaterials
• Energy Storage
• Catalysis

《錶麵電化學》 內容梗概 《錶麵電化學》是一部深入探討物質錶麵與電化學過程之間復雜相互作用的權威著作。本書 meticulously 梳理瞭錶麵電化學這一跨學科領域的理論基礎、實驗技術以及前沿應用，旨在為讀者提供一個全麵而深入的理解。本書並非對某一特定應用領域的孤立介紹，而是從根本上剖析瞭錶麵現象在電化學反應中的核心作用，以及如何通過調控錶麵性質來優化電化學體係的性能。 第一部分：理論基石 本書的開篇著重於構建堅實的理論框架。首先，它詳細闡述瞭錶麵電化學的基本概念，包括電極-溶液界麵的結構、雙電層理論（Gouy-Chapman-Stern模型及其改進），以及不同類型電極（金屬、半導體、絕緣體）的錶麵電子結構和費米能級。讀者將學習到如何理解電荷在界麵上的分布、電子轉移的微觀機製，以及這些因素如何影響宏觀的電化學反應速率和選擇性。 接著，本書深入探討瞭錶麵吸附的理論。這部分內容涵蓋瞭 Langmuir、Temkin、Freundlich 等經典吸附等溫綫模型，並延伸至更復雜的錶麵覆蓋度、吸附焓、熵等熱力學參數的計算和理解。特彆地，本書強調瞭不同吸附模式（如分子吸附、原子吸附、橋聯吸附）對錶麵催化活性的影響，以及如何利用錶麵形貌和錶麵缺陷來調控吸附行為。 電化學反應動力學是本書的另一理論核心。這裏，讀者將學習到 Butler-Volmer 方程、Tafel 斜率的推導與應用，理解電荷轉移係數、交換電流密度等關鍵參數的物理意義，以及它們如何反映反應的決速步驟。本書還將介紹如何通過循環伏安法、計時電流法、電化學阻抗譜（EIS）等實驗技術來解析反應動力學參數，並探討瞭擴散過程（Nernst擴散層、希爾-查普曼擴散層）對整體反應速率的影響。 第二部分：實驗工具與技術 為瞭將理論付諸實踐，《錶麵電化學》詳細介紹瞭實現錶麵電化學研究的各種實驗手段。本書首先係統地介紹瞭各種電化學工作站的功能和應用，包括恒電位儀、恒電流儀、阻抗譜儀等。讀者將學習到如何正確設置實驗參數，進行穩態和瞬態電化學測量。 在錶麵錶徵方麵，本書重點介紹瞭與錶麵電化學緊密相關的技術。包括： 掃描探針顯微鏡（SPM）： 如掃描隧道顯微鏡（STM）和原子力顯微鏡（AFM），它們能夠以原子級分辨率揭示電極錶麵的形貌、結構和局域電子性質，對於理解錶麵催化和電沉積過程至關重要。 X射綫光電子能譜（XPS）和俄歇電子能譜（AES）： 這些錶麵敏感的分析技術能夠提供電極錶麵元素的組成、化學態以及電子結構信息，是驗證錶麵反應産物和界麵化學態的重要手段。 傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）和拉曼光譜： 特彆是錶麵增強拉曼光譜（SERS），能夠直接探測吸附在電極錶麵的分子，提供其結構、取嚮和化學鍵的信息，是研究錶麵反應機理的強大工具。 X射綫衍射（XRD）和透射電子顯微鏡（TEM）： 用於分析宏觀和微觀尺度的錶麵晶體結構和形貌，對於理解多晶電極的活性位點和納米材料的錶麵特性至關重要。 此外，本書還詳細介紹瞭在特定環境（如水溶液、非水溶劑、高溫、高壓）下進行錶麵電化學實驗的注意事項和特殊技術，包括微電極技術、微流控芯片電化學等。 第三部分：前沿應用與未來展望 《錶麵電化學》的第三部分將理論和實驗的知識融會貫通，聚焦於錶麵電化學在各個領域的廣泛應用，並展望瞭該領域的未來發展方嚮。 催化與能源轉化： 這是一個極其重要的應用領域。本書深入探討瞭貴金屬、過渡金屬氧化物、碳基材料以及金屬有機框架（MOFs）等在電催化反應中的作用。例如： 析氧反應（OER）和析氫反應（HER）： 在水分解製氫、金屬-空氣電池和燃料電池等能源技術中扮演著關鍵角色。本書將分析不同催化劑的錶麵結構、活性位點、電子轉移通路如何影響反應動力學和選擇性。 二氧化碳還原反應（CO2RR）： 旨在將二氧化碳轉化為有價值的化學品或燃料，本書將討論如何通過調控催化劑的錶麵電子結構和幾何結構來提高産物的選擇性（如CO、甲酸、甲醇等）。 氧還原反應（ORR）： 在燃料電池中至關重要，本書將解析不同催化劑（如鉑基閤金、非貴金屬催化劑）的錶麵機製，以及如何剋服動力學緩慢等挑戰。 電化學儲能： 鋰離子電池、鈉離子電池、固態電池： 本書將從錶麵電化學的角度解釋電極材料（正極、負極、固態電解質）與電解質之間的界麵反應，如固體電解質界麵（SEI）的形成及其對電池性能的影響，電極材料的錶麵改性策略以提高離子傳輸效率和循環穩定性。 超級電容器： 討論電極材料（如活性炭、導電聚閤物、金屬氧化物）的錶麵積、孔隙結構以及錶麵官能團如何影響雙電層電容和贋電容。 電化學傳感與生物電化學： 化學傳感器和生物傳感器： 探討如何利用電化學信號檢測特定分析物。本書將詳細介紹基於電極錶麵修飾（如固定酶、抗體、核酸適配體）的傳感機理，以及如何通過調控錶麵納米結構和電子傳遞介質來提高靈敏度和選擇性。 電化學免疫分析、DNA傳感、葡萄糖傳感： 闡述其錶麵工程和信號放大策略。 腐蝕與防護： 金屬腐蝕機理： 從電化學角度解釋金屬在不同環境中的腐蝕過程，包括陽極溶解和陰極還原反應。 緩蝕劑的作用機製： 分析緩蝕劑如何通過在金屬錶麵形成吸附膜來阻礙腐蝕反應。 電化學防護技術： 如犧牲陽極和外加電流法，闡述其在船舶、橋梁、管道等領域的應用。 電化學閤成與精煉： 有機電閤成： 介紹如何利用電化學方法進行高效、綠色的有機閤成，包括偶聯反應、氧化還原反應等。 金屬電沉積與電解精煉： 討論控製電極錶麵形貌、晶粒尺寸和純度的電化學技術，以及其在材料製備和貴金屬迴收中的應用。 未來展望： 本書的結尾部分將聚焦於錶麵電化學領域正在興起的新興方嚮和挑戰。包括： 人工智能（AI）與機器學習（ML）在錶麵電化學研究中的應用： 如何利用AI/ML加速催化劑設計、反應機理解析和性能預測。 原位（in situ）和動態（operando）錶徵技術的進步： 更加深入地理解材料在真實工作條件下的錶麵變化。 新型納米材料和復閤材料的開發： 具有獨特錶麵性質和多功能性的材料設計。 可持續電化學過程： 關注環境友好、能源高效的電化學技術發展。 《錶麵電化學》以其嚴謹的理論推導、詳實的實驗論證和廣泛的應用前景，為研究人員、工程師和學生提供瞭一個理解和探索物質錶麵電化學魅力的寶貴資源。本書強調，對錶麵電化學的深刻理解是推動現代化學、材料科學、能源技術和環境科學發展的關鍵驅動力之一。

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