第二章 电催化原理 课件

主讲教师： ** 电化学原理与应用 2.1 电催化原理 2.2 氢电极反应的电催化 2.3 氧电极反应的电催化 第二章 Chapter one 2.1 电催化原理 2.2 氢电极反应的电催化 2.3 氧电极反应的电催化 第二章 Chapter one 在电场的作用下 存在于电极表面在或/溶液相中的修饰物（电活性的、非电活性的） 影响在电极上发生电子转移反应 修饰物本身不发生任何变化 一类化学作用 电催化 2.1电催化原理—基本概念 电催化剂 具有以上功能的电极表面或溶液相中的修饰物 分 类 氧化-还原电催化 非氧化-还原电催化 （媒介体电催化） （外壳层电催化） 2.1电催化原理—基本概念 催化剂本身发生氧化—还原反应 作为底物的电荷传递的媒介体 促进底物电子传递 分 类 氧化-还原电催化 非氧化-还原电催化 （媒介体电催化） （外壳层电催化） Ox R 稳定吸附或滞留在电极电面 E氧化还原与E被催化反应接近，与溶液PH值无关 可逆，氧化态和还原态均稳定存在 与被催化的物质发生快速电子传递 要求对O2惰性或非反应活性 优良电子媒介体的特点 e 2.1电催化原理—基本概念 催化剂本身不发生氧化—还原反应 产生化学加成物质或电活性的中间体 使活化能降低 分 类 氧化-还原电催化 非氧化-还原电催化 （媒介体电催化） （外壳层电催化） B A 催化剂：贵金属及其合金 欠电势沉积吸附的原子 金属氧化物 2.1电催化原理—基本概念 电催化剂必备特性 使得电极材料电阻不太大 抑制有害副反应，耐受杂质 实现催化反应电势范围内稳定存在 电子导电性 电化学稳定性 催化活性 2.1电催化原理—基本概念 电催化活性的主要影响因素 催化剂的结构和组成 催化剂的载体 催化剂的氧化-还原电势 催化剂表面微观结构、状态，溶液中化学环境 2.1电催化原理—基本概念 电催化活性的主要影响因素 催化剂的结构和组成 催化剂的载体 催化剂的氧化-还原电势 催化剂表面微观结构、状态，溶液中化学环境 反应物分子与催化电极发生作用，作用强弱决定于催化剂结构和组成 过渡金属剂及一些化合物是最可能点催化剂，活性与电子因素和吸附位置有关 2.1电催化原理—基本概念 电催化活性的主要影响因素 催化剂的结构和组成 催化剂的载体 催化剂的氧化-还原电势 催化剂表面微观结构、状态，溶液中化学环境 催化剂的载体：基底电极（贵金属电极、碳电极）、将催化剂固定在电极表面的载体 载体作用: 作为一种惰性支撑物，催化剂负载条件不同只引起活性祖坟分散度变化 与活性组分存在某种相互作用，修饰催化剂电子状态，改变催化剂活性 2.1电催化原理—基本概念 电催化活性的主要影响因素 催化剂的结构和组成 催化剂的载体 催化剂的氧化-还原电势 催化剂表面微观结构、状态，溶液中化学环境 对于媒介体的催化，催化反应在媒介体氧化-还原电极电势附近发生 2.1 电催化原理 2.2 氢电极反应的电催化 2.3 氧电极反应的电催化 第二章 Chapter one 2.2氢电极反应的电催化 氢气析出的电催化 酸性溶液中 碱性溶液中 阴极 阳极 2H++2e H2 H2 2H++2e 阴极 阳极 2H2O+2e H2+2OH- H2+2OH- 2H2O+2e 2.2氢电极反应的电催化 氢离子在阴极上的还原过程 A. 液相传质步骤 C. 随后转化步骤 B. 电化学反应步骤 D. 新相生成步骤 nH H2 H3O++e+M MH+H2O (酸性) H2O +e+M MH+OH- (碱性) 2H3O++(溶液本体) H3O+(电极表面附近液层) a. MH+MH H2 （复合脱附） b. MH+H3O++e H2+H2O (酸性) c. MH+H2O+e H2+M+OH- (碱性) 2.2氢电极反应的电催化 Tafel公式 室温下，b 0.116V,大多数洁净金属表面具有比较接近的值 电流密度i每增加10倍，过电势增加约0.116V a与电极材料、电极表面状态、溶液组成、实验温度有关 2.2氢电极反应的电催化 影响电催化氢析出反应活性的主要因素