应用电化学材料与电化学第二章.ppt

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1、,掌握电解过程的基本概念：电解制造、电解精炼、电解提取、电解合成；掌握电化学反应器（电解槽）的基本构成及各部件的作用；掌握电化学反应器（电解槽）电极的连接方式及工作特点；掌握电解生产主要技术经济指标含义及相关计算；掌握电化学方法制备纳米材料的工作原理及影响因素。,目标&要求,了解电解生产的优点和缺点；了解食盐水电解的基础理论，了解隔膜法和离子交换膜法的工作原理和特点；了解电解冶金的分类及特点；了解熔盐电解固态氧化物新方法；了解电化学方法制备纳米材料的优点及制备纳米材料的基本方法。,目标&要求,l 电解过程概述l 无机物电解合成l 电解冶金l 功能材料的电化学合成,第一节 电解过程概述,电解基本

2、概念及分类,电解过程,利用电解的方法将含有金属的物质进行提纯以提高物质的纯度,采用电化学系统，利用在电子导体的电极与离子导体的电解质界面上发生的电化学反应进行化学品的合成、高纯物质的制造及材料表面处理的过程,直接利用电解反应制造化学物质,2 电化学反应器,阳极上发生氧化反应，即失电子反应,阴极上发生还原反应，即得电子反应,电解质起到供给原料及输送产品作用,起到将阳极和阴极生成物分开的作用,基本构成,电极连接方式,3 电解生产的技术经济指标,槽电压,转化率,选择性,电流效率,电能效率,空时产率,4 电解生产的优势和不足,电解生产的特点,电解生产的优势,电解生产的不足,第二节 无机物电解合成,1

3、无机物电合成简介,2 食盐水电解氯碱工业,理论基础,Nae Na o=-2.714 V=-2.679 V 2H+2e H2 o=0.000 V=-1.663 V,4OH-2H2O+O2+4e o=0.401 V=1.87 V 2Cl-Cl2+2e o=1.359 V=1.582 V,电解方法,应用最早，隔膜成本低耗电量大，电流效率低电解产物NaOH的浓度和纯度不高,电流效率高NaOH产品纯度和浓度高生产成本高，汞污染严重,电流效率高NaOH产品纯度和浓度高隔膜成本高，性能不稳定,隔膜法,隔膜法的优点&缺点,离子交换膜法,离子交换膜,离子交换膜法的优点&缺点,第三节 电解冶金,1 电解冶金的分类

4、及优点,熔盐电解铝的装置,2 熔盐电解制铝,熔盐电解质的优点,l 电解质导电率提高,l 扩大了电化学反应的窗口,熔盐电解固态氧化物,3 熔盐电解制取高熔点金属,第四节 纳米材料的电化学合成,1 电化学方法制备纳米材料的优点,2 电化学法制备纳米材料的影响因素,2 电化学法制备纳米材料的影响因素,电解液组成,电解液成分（除主盐金属离子外）通常包括阴离子、不参加电还原的惰性阳离子、络合剂、有机添加剂等，这些成分对结晶过电势有影响，从而影响结晶颗粒大小。,2 电化学法制备纳米材料的影响因素,金属离子浓度和电流密度,在一定浓度范围内，晶核形成速度N与电流密度、析出金属离子浓度c的关系可用下式表示：随着电流密度的增加和离子浓度的减少，可使晶核的数目增加，可获得细小的结晶电解液成分。,2 电化学法制备纳米材料的影响因素,温度和搅拌,温度上升会造成极化减少，形成晶核的数量减少，结晶粗大。搅拌使电解液流动，减少浓差极化，形成晶核的数量减少，结晶粗大。,2 电化学法制备纳米材料的影响因素,金属本性,Pb，Cd，Sn沉积时过电位很小（103V），沉积物颗粒粗大，一般 103 cm。Bi，Cu，Zn相应的过电位约为102101V，所得结晶颗粒大小为104103 cm。Fe,Co,Ni过电位 101V，金属通常以细密的沉积物析出，易形成纳米晶粒。,3 纳米材料电化学制备方法的分类,