材料电化学

目录
前言
第1章 电解质 1
1.1 液体电解质溶液 1
1.2 离子熔体 5
1.2.1 碱金属卤化物熔体 5
1.2.2 玻璃状熔盐 6
1.2.3 离子液体 6
1.3 聚合物中离子电导 8
1.3.1 聚合物电解质 9
1.3.2 凝胶聚合物电解质 10
1.3.3 离子交换聚合物电解质 10
1.4 固体中离子电导 10
1.4.1 晶体缺陷 11
1.4.2 内在无序 12
1.4.3 外在无序 14
1.4.4 亚晶格无序 15
1.4.5 缺陷传输 17
1.4.6 离子导电玻璃 18
1.4.7 混合离子-电子导体 18
参考文献 19
第2章 结构与成键 21
2.1 结构因子 21
2.2 金属的密堆积结构 22
2.3 合金的密堆积结构 24
2.4 固溶体形成的Hume-Rothery规律 24
2.5 体心立方结构 25
2.6 Hume-Rothery相 26
2.7 离子结构 27
2.8 分子多面体配位 29
2.9 固体的电子能带模型 31
2.9.1 金属中自由电子 31
2.9.2 固体中的轨道 33
2.9.3 态密度 34
2.9.4 电子填充和费米能级 36
2.9.5 晶体的轨道重叠集聚：键的形成 38
2.9.6 多维扩展 39
2.9.7 d区金属能带结构 40
2.9.8 半导体：以TiO2例 40
2.9.9 Peierls畸变 43
2.9.10 电解质的能带 43
2.10 固体中的凝聚力 44
2.10.1 晶格焓 44
2.10.2 升华焓 45
2.10.3 金属的键能 47
2.10.4 合金的键能 48
参考文献 57
第3章 电极电位 59
3.1 纯金属 59
3.1.1 金属相与电解质相之间的平衡 59
3.1.2 标准电极电位 59
3.1.3 金属络合物的标准电极电位 66
3.2 合金 69
3.2.1 偏摩尔吉布斯自由能 69
3.2.2 偏摩尔函数的电化学测试 70
3.2.3 AgxAuy-固溶体实例 71
3.2.4 组分B的偏摩尔函数 75
3.2.5 从偏摩尔函数到整体函数 77
3.3 金属间相和化合物 78
3.3.1 电位-摩尔分数图 78
3.3.2 库仑滴定法 79
3.3.3 库仑滴定：LiAl体系 79
3.3.4 金属间化合物：LiSb体系 82
3.3.5 在室温下的测量：CuZn 83
参考文献 84
第4章 吸附原子和欠电位沉积 86
4.1 界面相的热力学描述 86
4.1.1 电化学双电层 86
4.1.2 理想极化电极 89
4.1.3 电毛细曲线 89
4.1.4 吸附等温线 91
4.1.5 可逆电极 92
4.1.6 部分电荷和电吸附价 93
4.1.7 固体电解质界面热力学 95
4.2 电化学双电层的主要研究方法 96
4.2.1 电容测量 97
4.2.2 循环伏安和计时电流法 100
4.2.3 吸附量的测定 101
4.2.4 扫描隧道显微镜和相关方法 104
4.3 吸附原子 106
4.3.1 吸附原子的吸附和脱附 106
4.3.2 平衡吸附原子浓度 108
4.3.3 吸附原子的表面扩散 108
4.4 欠电位沉积 109
4.4.1 银表面沉积铅 110
4.4.2 金表面沉积铜 113
4.4.3 欠电位沉积二维相的形成 115
4.4.4 多步骤欠电位沉膜的形成 117
注释 117
参考文献 117
第5章 物质传输 120
5.1 稳态扩散 121
5.2 非稳态扩散 123
5.2.1 计时电位法 123
5.2.2 计时电流和计时电量法 124
5.2.3 瓦尔堡阻抗 126
5.2.4 循环伏安法 130
5.2.5 微电极 131
5.3 固相中的扩散 132
5.3.1 恒电位法 133
5.3.2 恒电流法 134
5.4 扩散过电位的控制方法 136
5.4.1 旋转圆盘电极 136
5.4.2 旋转环盘电极 139
5.4.3 旋转圆柱电极 139
参考文献 140
第6章 电荷传递 142
6.1 电子传递 142
6.1.1 Butler-Volmer方程 142
6.1.2 塔费尔曲线 145
6.1.3 电荷传递电阻 146
6.1.4 电荷传递理论 146
6.2 电化学反应级数 149
6.2.1 由塔费尔曲线测定电化学反应级数 150
6.2.2 由电荷转移电阻测定电化学反应级数 151
6.3 离子传递 154
6.4 电荷传递和物质传递 155
6.4.1 旋转圆盘电极消除扩散过电位 156
6.4.2 计时电流和计时电位法消除扩散过电位 158
6.4.3 阻抗谱消除扩散过电位 161
参考文献 161
第7章 金属的成核与生长 162
7.1 成核 162
7.1.1 三维成核 162
7.1.2 二维成核 164
7.1.3 成核速率 164
7.1.4 瞬时成核和分步成核 166
7.2 电沉积中间态 168
7.2.1 结晶超电势 169
7.3 表面动力学 170
7.3.1 扭结位置的驻留时间 170
7.3.2 计算驻留时间 171
7.4 扭结点密度 173
7.4.1 平衡状态 173
7.4.2 沉积状态 174
7.5 电沉积的实验研究 176
7.5.1 在汞齐电极上的电沉积 176
7.5.2 固体电极的研究 176
7.5.3 水性溶剂电沉积的应用 179
7.5.4 平行反应 180
7.6 非水溶剂电沉积 180
7.6.1 铝的熔盐沉积 181
7.6.2 铝的有机电解质沉积 182
7.6.3 铝的离子液体沉积 182
7.7 添加剂 183
7.7.1 软-硬吸附的概念 184
7.7.2 添加剂对不同结晶面沉积的影响 185
7.7.3 阳极溶出法研究添加剂行为 185
7.8 光谱方法研究金属沉积 187
7.8.1 氰化物溶液中银表面拉曼光谱 187
7.8.2 有机添加剂的拉曼光谱 188
参考文献 190
第8章 合金的沉积 193
8.1 沉积电势和平衡电势 193
8.2 合金成核与生长：部分电流概念 193
8.3 勃伦纳的合金分类 194
8.4 混合电位理论 195
8.5 合金沉积中的表面选择性 196
8.5.1 合金的扭结位点 196
8.5.2 分离率和停留时间 198
8.5.3 停留时间和合金的结构 198
8.6 马尔可夫链理论和概率矩阵定义 199
8.6.1 平衡结晶过程 199
8.6.2 速率控制过程 200
8.6.3 选择性常数的测定 201
8.6.4 用选择性常数表征合金 202
8.6.5 扭结位点的选择性常数和停留时间 203
8.7 实验实例 203
8.7.1 钴铁合金系统 203
8.7.2 钴镍合金系统 206
8.7.3 铁镍合金系统 208
8.7.4 诱导沉积：镍钼合金系统 209
8.8 三元体系 215
8.8.1 三元体系中的扭结位点 215
8.8.2 三元体系的马尔可夫链理论 216
8.8.3 举例：对CoFeNi合金成分预测 217
参考文献 218
第9章 氧化物和半导体 220
9.1 半导体的电化学性质 220
9.1.1 半导体的能带模型 220
9.1.2 半导体电解质接触 221
9.1.3 能隙态和表面态 223
9.1.4 电流-电位曲线 224
9.1.5 空间电荷层电容 225
9.2 半导体的光电化学 227
9.2.1 光电流 228
9.2.2 强度调制光电流谱(IMPS) 230
9.2.3 光电压和光电压的瞬态 231
9.3 光谱方法 232
9.3.1 原位光谱方法 232
9.3.2 原位X射线衍射和X射线吸收光谱 232
9.3.3 原位穆斯堡尔谱 234
9.3.4 非原位光谱方法 234
9.4 显微镜 234
9.5 氧化物颗粒 236
9.5.1 电池 236
9.5.2 锂离子电池 237
9.5.3 TiO2光伏电池 238
9.5.4 氧化物颗粒的催化活性 240
9.6 氧化物层 240
9.7 半导体的电沉积 241
参考文献 241
第10章 腐蚀与防护 244
10.1 腐蚀 244
10.1.1 基本过程 245
10.1.2 金属溶解机理 248
10.1.3 补偿反应机制 249
10.1.4 铁和不锈钢 250
10.1.5 钢铁冶金方面 250
10.1.6 铜 251
10.1.7 锌 252
10.1.8 腐蚀产物 253
10.1.9 合金腐蚀 253
10.2 腐蚀保护 256
10.2.1 钝态 257
10.2.2 阴极防蚀 265
10.2.3 缓蚀 266
10.2.4 磷化 267
10.2.5 钝化 267
10.2.6 表面防腐 268
参考文献 268
第11章 固有导电性高聚物 271
11.1 化学合成 272
11.2 电化学合成和表面膜的形成 274
11.3 膜的形成与附着力促进剂 276
11.4 氧化还原过程中的离子运输 278
11.4.1 使用QCMB分析氧化还原循环反应 278
11.5 膜的光电和特性 281
11.5.1 导电聚合物的阻抗 281
11.5.2 中性属性 283
11.5.3 光电化学性质 286
11.5.4 极化子-双极化子导电聚合物模型 287
11.5.5 光谱电化学方法 288
11.6 共聚 289
11.6.1 共聚机理 291
11.6.2 共聚物的结构分析 293
11.6.3 共聚物的性质 299
11.7 固有导电性高聚物的腐蚀保护 300
11.7.1 膜形成在非惰性金属上 300
11.7.2 腐蚀保护的动力学实验 300
11.7.3 导电聚合物阴离子可能的腐蚀保护作用 301
参考文献 302
第12章 纳米电化学 307
12.1 进入原子尺度 307
12.2 共沉积 307
12.2.1 颗粒分散 307
12.2.2 ζ电势的测定 310
12.2.3 ζ电势和粒子特性的影响因素 311
12.2.4 金属表面特性 312
12.2.5 影响融合的工艺参数 313<>