文档介绍：1-9 电化学催化一、引言二、对电催化剂的要求三、电催化活化的表征四、影响电催化活性的因素五、电催化机理六、电催化吸附的特点七、电催化研究的新进展和发展趋势一、引言电极在电化学反应中的行为可分为两种类型: ?第一类电极:直接参加电化学反应,并有所消耗(阳极溶解)或生长(阴极电沉积),多属于金属电极过程; ?第二类电极:本身并不直接参加电极反应和消耗(惰性电极或不溶性电极),但对电化学反应的速度和反应机理有重要影响,这一作用称为电化学催化。电化学催化?电催化作用:既可由电极材料本身产生,也可通过各种工艺使电极表面修饰和改性后获得。?电催化剂:电极本体,或构成电极反应表面的其它材料(电极仅作为电催化剂的基体) 如:新型表面合金电催化剂技术,在碳基底表面形成纳米材料层,对涉及电化学还原的有机合成反应具有效率高、选择性好,显著降低能耗的特点。一、引言电化学催化?金属阳极(形稳阳极) :以 Ti为基体, 以 RuO 2和 TiO 2 为催化剂组分的金属氧化物电极。优点:稳定耐蚀, 且对析氧反应具有良好的电催化活性。?电极的确定: 金属氧化物对不同电极反应的催化活性都具有选择性, 因此电催化过程中, 电极的确定是一个十分复杂的问题。依据理论指导并设计试验, 据试验效果确定电极材料。一、引言电化学催化二、对电催化剂的要求二、对电催化剂的要求(1) 高的电催化活性:使电极反应具有高的反应速度, 在较低的过电位下进行,以降低槽压和能耗。(2) 稳定、耐蚀,具有一定的机械强度,使用寿命长。(3) 良好的电催化选择性:对给定电极反应具有高的催化活性,。(4) 良好的电子导电性:可降低电极本身的电压降,使电极可能在高电流密度下工作。(5) 易加工和制备,成本较低。电化学催化三、电催化活性的表征三、电催化活性的表征同一电极反应在不同电极表面进行时,在相同电流密度下,电化学反应的过电位则愈低,交换电流密度愈高,电极材料的电催化活性愈高,因此可用 j 0作为电催化活性高低的表征。电化学催化 0c0 j -j=j exp exp( ) RT RT j j- =j exp exp( ) RT RT c c a a a F F j F F j ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???????????? log j 0j 1j 2 1 2 ?电极反应机理完全相同时, 可用 j 0表征电催化活性; ?电极反应机理不同时,需考虑 Tafel 斜率的影响。如: j 0值较小的电极材料也可因其 b值较低,在高电流密度区间,具有较高的电催化活性。电化学催化四、影响电催化活性的因素四、影响电催化活性的因素(1) 能量因素:催化剂对电极反应活化能产生的影响(2) 空间因素:电催化过程涉及反应粒子或中间粒子在电极表面吸附键的形成和断裂, 因此要求这些粒子与催化剂表面具有一定的空间对应关系。(3) 表面因素:电催化剂的比表面和表面状态。电极比表面的增大,使真实电流密度降低,有利于减小过电位。电化学催化由催化剂材料的化学性质决定?二维电极: 板式或管式电极,在工程中普遍使用?三维电极:可增大反应器的比表面积,被广泛关注在传统二维电解槽电极间装填粒状或其它碎屑状电极材料,并使装填电极材料表面带电,形成新的一极。电化学催化参考文献: 二维和三维电极法催化降解燃料废水, 《北京化工大学学报》, 2002 ,29(5) 三维电极法和二维电极法降解活性燃料废水的研究, 《针织工业》,2007 ,2三维电极方法处理 L-亮氨酸废水的研究, 《水处理技术》, 2007 ,33(5) ?单极性粒子群电极: 在电解槽的阳极室或阴极室充填低阻抗导电粒子,通过主电极使电极粒子表面带上与主电极相同的电荷,相当于主电极的外延部分。?复极性粒子群电极: 在平板电极间充填高阻抗导电粒子,在外加电场作用下,粒子因静电感应而极化,靠近主阳极一端