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第一篇 电催化科学1

第1章 电催化科学概论1

1.1电催化理论1

1.1.1电催化1

1.1.2电催化与化学催化2

1.1.3电催化剂3

1.1.4电催化作用3

1.1.5电催化类型4

1.1.6电催化性能影响因素5

1.1.7电催化性能评价方法7

1.2金属电极的电催化13

1.2.1金属电极的交换电流密度13

1.2.2电催化反应15

1.3涂层钛电极的电催化17

1.3.1单个铂族金属氧化物电极的电催化活性17

1.3.2二元铂族金属氧化物电极的电催化活性20

1.3.3多元铂族金属氧化物电极的电催化活性25

1.3.4IrO2·Ta2O5涂层钛电极的电催化活性31

1.4化学修饰电极的电催化35

1.4.1化学修饰电极发展史36

1.4.2化学修饰电极的制备37

1.4.3化学修饰电极电催化41

1.4.4化学修饰电极电催化过程机制41

1.4.5化学修饰电极电催化类型43

1.4.6化学修饰电极电催化原理及影响因素44

1.4.7化学修饰电极的研究46

1.4.8化学修饰电极在燃料电池的应用48

1.5有机电合成的电催化51

1.5.1有机电合成发展史51

1.5.2有机电合成的特征53

1.5.3有机电合成的电催化反应55

1.5.4电极材料对有机电合成反应的作用56

1.5.5有机电合成用涂层钛阳极59

1.5.6有机电合成用化学修饰电极66

1.5.7有机电合成中用Ti／PbO2电极69

1.5.8有机电合成用石墨电极72

1.5.9有机电合成用铅基合金电极74

1.5.10有机电合成用铂电极76

参考文献78

第2章 电催化氧化法处理废水79

2.1水的污染79

2.2电催化氧化法处理废水82

2.3电化学法处理废水原理86

2.3.1直接电解87

2.3.2间接电解90

2.4电极材料对电解法处理废水的作用93

2.4.1电极材料的选择93

2.4.2提高电催化氧化降解速率的措施94

2.4.3不同催化能力的电极与有机污染物在电极上氧化历程的关系95

2.5电催化氧化法处理废水实例98

2.5.1有机废水的降解处理98

2.5.2氧化物电极电催化降解有机污染物100

2.5.3电催化法处理芳香化合物废水103

2.5.4电化学法处理苯酚废水104

2.5.5电解法处理萘酚废液116

2.5.6Ti／IrO2·Ta2O5-石墨电芬顿降解硝基酚116

2.5.7电催化降解硝基苯117

2.5.8电催化氧化降解苯胺118

2.5.9电催化降解1，4-苯醌120

2.5.10电解处理含醇废水121

2.5.11印染废水处理121

2.5.12电催化氧化法处理垃圾渗滤液135

2.5.13粪便污水的处理141

2.5.14含油废水的处理142

2.5.15工厂矿山含氰废水的处理144

2.5.16电解法从废水中回收有用金属146

2.5.17电渗析法处理废水151

2.5.18动物制药废水的电解降解153

2.5.19电催化氧化法处理化肥厂外排废水154

2.5.20电解法处理酵母废水155

2.5.21废水的脱氮处理155

2.5.22选矿药剂生产废水的处理156

2.5.23墨水生产的污水处理156

2.5.24医院污水处理156

2.5.25餐饮废水的处理156

2.5.26电极-生物滤池法处理城市污水157

2.5.27电解法处理回用水157

2.5.28电化学法降解棉浆黑液158

参考文献159

第二篇 电极学163

第3章 电极学基础163

3.1电化学发展史163

3.2电化学和电极学164

3.3电极和电极反应166

3.3.1可逆电极166

3.3.2多重电极167

3.3.3金属电极167

3.3.4氧化还原电极（简称氧还电极）167

3.3.5气体电极168

3.3.6参比电极168

3.3.7玻璃电极168

3.3.8离子选择电极169

3.4电动势170

3.5电极电位172

3.5.1铜-锌自发电池172

3.5.2电极电位的产生172

3.5.3平衡电极电位174

3.5.4电极电位的测定189

参考文献191

第4章 电极反应热力学192

4.1金属电极反应热力学192

4.2电化学反应热力学193

参考文献197

第5章 电极过程动力学198

5.1电极与溶液界面的性质198

5.1.1电极与溶液界面的电位差198

5.1.2双电层结构模型200

5.1.3零电荷电位201

5.1.4电毛细现象201

5.1.5双电层的微分电容203

5.2电极的极化203

5.2.1电化学极化204

5.2.2浓度极化205

5.3电极过程及过程速度控制步骤206

5.3.1电极过程206

5.3.2电极过程的特征207

5.3.3电极过程速度表示的方法207

5.3.4电极过程速度控制步骤207

5.4电极反应级数208

5.5气体电极过程211

5.5.1氢电极过程211

5.5.2氧电极过程212

5.5.3氯电极过程214

5.6金属电极过程215

5.6.1金属阴极过程216

5.6.2金属阳极过程218

5.7半导体电极过程221

5.7.1半导体电极特点221

5.7.2半导体电极上氧化还原反应222

参考文献224

第6章 电极反应工程学225

6.1电极在电极反应中的作用225

6.2电极反应工程生产中主要技术经济指标228

6.2.1电流效率228

6.2.2电化学反应器工作电压230

6.2.3直流电耗231

6.3电解工程对电极材料的要求231

6.4气泡效应235

6.4.1电极析气对溶液电导率的影响236

6.4.2析气电极的电流分布236

6.5电极表面的电位及电流分布236

6.5.1一次电流分布237

6.5.2二次电流分布237

6.5.3三次电流分布238

6.6工业电解槽238

6.6.1电解槽的分类238

6.6.2电解槽的连接与组合243

6.7工业电解用电极245

6.7.1石墨电极245

6.7.2铅及铅基合金电极248

6.7.3反应性金属电极254

6.7.4SPE复合电极257

6.7.5金刚石膜电极259

6.7.6气体扩散电极263

6.7.7使用金属氧化物电极的电化学电容器264

6.7.8酶电极265

6.7.9分子修饰半导体电极265

6.7.10充填式电极266

6.7.11粒子床电极267

6.7.12旋转圆筒电极268

6.7.13三维电极269

6.7.14填充床电极269

6.7.15流动床电极270

6.7.16回流床电极270

6.7.17金属-炭复合电极271

6.7.18陶瓷电极271

参考文献272

第三篇 钛电极工学273

第7章 钛电极发展历史273

7.1金属电极的发展史274

7.2钛阳极的40年275

7.2.1钛阳极在氯碱生产中的应用277

7.2.2其他析氯电解用钛阳极278

7.2.3析氧电解用钛阳极279

参考文献281

第8章 涂层钛电极的优点及其制造工艺282

8.1涂层钛电极的优点282

8.2钛阳极制造工艺过程283

8.2.1基体金属的选用283

8.2.2阳极几何结构形状的合理设计284

8.2.3阳极基体的焊接加工284

8.2.4去油污285

8.2.5酸蚀刻285

8.2.6涂液的配制286

8.2.7涂敷涂层287

参考文献288

第9章 钛的化学289

9.1钛的发现289

9.2钛的性质290

9.2.1物理性质290

9.2.2化学性质292

9.2.3机械加工性能294

9.2.4耐腐蚀性能296

9.3钛的化合物306

9.3.1钛的氧化物306

9.3.2钛的氯化物309

9.3.3其他化合物310

9.4钛的生产311

参考文献314

第10章 铂族元素化学315

10.1钌的化学315

10.1.1钌的电极电位及氧化态315

10.1.2钌的化合物316

10.2铑的化学317

10.2.1铑的电极电位及氧化态317

10.2.2铑的化合物317

10.3钯的化学318

10.3.1钯的电极电位及氧化态318

10.3.2钯的化合物318

10.4铱的化学320

10.4.1铱的电极电位及氧化态320

10.4.2铱的化合物320

参考文献321

第11章 其他元素化学322

11.1钽与铌的化学322

11.1.1铌、钽的物理性质322

11.1.2铌、钽的化学性质322

11.1.3铌、钽的化合物323

11.2锆与铪的化学324

11.2.1锆、铪的物理性质324

11.2.2锆、铪的化学性质325

11.2.3锆、铪的重要化合物326

参考文献327

第12章 钛基涂层电极328

12.1钛基二氧化锰电极（Ti／MnO2）328

12.1.1钛基二氧化锰涂层电极的制备方法328

12.1.2二氧化锰涂层的特性329

12.1.3Ti／MnO2电极的研究332

12.1.4Ti／MnO2电极的应用340

12.2钛基二氧化铅电极（Ti／PbO2）342

12.2.1二氧化铅电极的发展342

12.2.2二氧化铅电极早期的改进343

12.2.3新型钛基二氧化铅电极345

12.2.4新型钛基二氧化铅电极的制备350

12.2.5新型钛基二氧化铅电极的特性351

12.2.6二氧化铅电极的优越性353

12.2.7使用二氧化铅电极的注意事项354

12.2.8二氧化铅电极的应用354

12.2.9二氧化铅电极的研究357

12.3钛基氧化钨电极（Ti／WO3）364

12.4金属氧化物涂层钛电极365

参考文献365

第13章 金属氧化物涂层钛电极367

13.1钌系涂层钛电极（析氯电极）367

13.1.1钌钛涂层配方367

13.1.2钌钛涂层钛阳极工作原理368

13.1.3钌钛涂层钛阳极的失效原因371

13.1.4钌钛涂层的改进376

13.1.5钌系涂层钛电极的研究381

13.2非钌系涂层钛电极396

13.2.1锡锑氧化物涂层396

13.2.2钴尖晶石涂层402

13.2.3钯氧化物涂层403

13.3铱系涂层钛电极（析氧电极）405

13.3.1涂层钛阳极析氧反应机理405

13.3.2金属氧化物电极析氧电催化理论407

13.3.3氧化铱涂层411

13.3.4铱钴涂层413

13.3.5铱锡涂层414

13.3.6铱铌涂层416

13.3.7铱钌钛涂层417

13.3.8铱钌钯钛涂层417

13.4IrO2·Ta2O5涂层钛电极421

13.4.1最佳析氧涂层钛电极421

13.4.2IrTa涂层钛电极的制备425

13.4.3IrTa涂层钛电极的研究442

13.4.4IrTa涂层钛电极恶化的原因447

13.4.5IrTa涂层钛阳极的应用456

13.4.6铱钽锡涂层462

13.4.7铱钽锰涂层464

13.4.8铱钽钴涂层466

13.4.9铱钽铂涂层466

13.4.10铱钽钛涂层467

参考文献469

第14章 纳米涂层钛电极473

14.1纳米科学技术473

14.2纳米材料制备方法474

14.2.1气相法制备纳米材料474

14.2.2液相法制备纳米材料474

14.2.3固相法制备纳米材料479

14.3金属氧化物纳米涂层钛电极的制备480

14.3.1一元纳米晶金属氧化物涂层480

14.3.2二元纳米晶金属氧化物涂层487

14.3.3三元纳米晶金属氧化物涂层495

14.3.4多元纳米晶金属氧化物涂层496

参考文献501

第15章 钛电极测试方法503

15.1物理测试法503

15.1.1电极涂层表面形貌表征503

15.1.2电极涂层组分分析503

15.1.3活性涂层剖面分析503

15.1.4活性涂层纳米晶体分析503

15.1.5X射线衍射结构分析（XRD）503

15.1.6光电子能谱分析（XPS）504

15.1.7Raman散射光谱分析504

15.1.8X射线荧光分析（XRF）504

15.1.9热重分析（TG）504

15.1.10涂层中钌含量的测定504

15.1.11阳极涂层电导类型的测量505

15.1.12阳极活性涂层电阻的测量505

15.2强化寿命试验法506

15.2.1涂层钛阳极工作寿命的预测506

15.2.2强化寿命试验法509

15.3钛电极电化学研究方法511

15.3.1稳态和暂态511

15.3.2极化曲线512

15.3.3循环伏安法532

15.3.4交流阻抗法533

15.3.5阳极涂层表面积的测定539

参考文献540

第16章 涂层钛阳极的应用541

16.1氯碱工业542

16.1.1氯碱生产工艺542

16.1.2盐水电解主要反应548

16.1.3涂层钛阳极550

16.1.4新烧碱生产技术551

16.1.5金属阳极涂层技术指标552

16.2将副产物硫酸钠回收成硫酸和烧碱552

16.3氯酸盐生产553

16.4次氯酸盐生产555

16.4.1电解法制造次氯酸钠的原理556

16.4.2次氯酸钠发生器556

16.4.3次氯酸钠发生器用电极材料558

16.4.4次氯酸钠发生器的应用558

16.5高氯酸盐生产559

16.6过硫酸盐电解560

16.7重铬酸制备561

16.7.1电极的制备562

16.7.2Cr3+电化学氧化生成Cr2O72-的机理562

16.7.3不同阳极下的极化曲线563

16.7.4Ti／SnO2·Sb2O3／PbO2和PbO2阳极的抗腐蚀性563

16.7.5超声对Cr3+电化学氧化过程瞬时电流效率的影响563

16.8电解法制备过氧化氢564

16.8.1电解法制过氧化氢的基本原理564

16.8.2生产过氧化氢的生产工艺565

16.9有机电合成565

16.10水电解565

16.11电解功能水567

16.11.1电位-pH图和活性化学物质的关系567

16.11.2电极材料的选择568

16.11.3电解功能水569

16.12电解杀菌处理水570

16.12.1间接杀菌570

16.12.2直接杀菌570

16.13臭氧的制取573

16.13.1电生臭氧用阳极材料574

16.13.2支持电解质对臭氧生成的影响575

16.13.3臭氧生成与高分子固体电解质575

16.13.4电生臭氧在水处理中的应用575

16.14电解法制取离子水（碱性离子水、酸性离子水）576

16.14.1离子水生成装置577

16.14.2离子水生成原理及应用577

16.15二氧化氯的制取578

16.16水处理580

16.16.1生活用水和食品用具的消毒580

16.16.2高层建筑水箱水处理580

16.17工业用水的处理581

16.17.1电子水处理器581

16.17.2发电厂冷却循环水的处理582

16.17.3化工厂冷却循环水的处理582

16.18电解法处理废水582

16.19电解提取有色金属583

16.19.1氯化物溶液电解提取金属583

16.19.2硫酸盐溶液电解提取金属584

16.19.3氯化物硫酸盐混合溶液电解提取金属587

16.19.4氨络合物体系电积镍588

16.19.5电催化浸出硫化锌精矿新工艺589

16.20电解银催化剂的生产589

16.21人造金刚石生产中回收镍、钴、锰590

16.21.1人造金刚石生产概述590

16.21.2从人造金刚石触媒酸洗废液中回收镍、钴、锰591

16.21.3膜电解法回收人造金刚石废水中的镍592

16.21.4人造金刚石生产废水的回收处理593

16.22电溶解法回收废残WC-Co硬质合金595

16.23二氧化锰生产596

16.23.1石墨阳极597

16.23.2纯钛阳极597

16.23.3钛合金阳极597

16.23.4涂层钛阳极598

16.23.5钛系列阳极在EMD生产中各项指标对比598

16.24废旧电池回收处理599

16.25蓄电池生产600

16.26电解制造铜箔601

16.26.1电解铜箔分类601

16.26.2铜箔产业发展史601

16.26.3我国铜箔行业现状601

16.26.4印刷电路板行业与铜箔产业的关系603

16.26.5电解铜箔发展趋势605

16.26.6电解铜箔生产工艺606

16.26.7电解铜箔生产用钛阳极610

16.27铝箔电化成614

16.28生产负极箔615

16.29钢板镀锌615

16.29.1铅阳极616

16.29.2钛阳极617

16.30钢板镀锡620

16.31三价铬电镀622

16.31.1电镀三价铬的环保意义622

16.31.2镀铬历史623

16.31.3三价铬镀铬特点624

16.31.4氯化物体系电镀三价铬625

16.31.5硫酸盐体系电镀三价铬628

16.31.6三价铬镀铬的研究635

16.32镀铬643

16.33镀铜645

16.33.1IrO2·SnO2·Pd涂层电极的阳极特性645

16.33.2IrO2·SnO2·Pd涂层电极在酸性CuSO4溶液中的工业化应用646

16.34镍包钢滚镀生产647

16.35镀金648

16.35.1亚硫酸盐镀金648

16.35.2低氰化物镀金648

16.35.3氰化物镀金649

16.36镀铑649

16.37镀钯650

16.38镀钌651

16.39镀铱和铱铂652

16.40阴极保护653

16.40.1阴极保护工作意义653

16.40.2阴极保护原理653

16.40.3地下金属结构物阴极保护用阳极655

16.40.4船舶阴极保护用阳极659

16.40.5海水钢结构物阴极保护用IrTaTi涂层阳极661

16.40.6海水电解抗Mn 2+离子污染用金属氧化物电极662

16.40.7电化学法除掉海水中附着的海洋生物用Ti／Pt／IrTa涂层电极664

16.40.8建筑物钢筋混凝土的阴极保护用Ti／RuTiSnMn涂层电极665

16.40.9土壤阴极保护用RuTiIrZr纳米涂层钛电极666

16.40.10阴极保护应用辅助电极实例667

16.41电渗析法淡化海水667

16.42电渗析法制取四甲基氢氧化铵668

16.43电渗析法从硫酸盐法云杉浆黑液中回收碱668

16.44熔融盐电解668

16.45钛基金属氧化物涂层pH值电极669

16.46印刷业用PS版生产670

16.47电磁推进船用电极670

参考文献670

第17章 废旧钛电极的修复676

17.1熔盐法677

17.2硫酸电解法677

17.3化学浸渍法678

17.4次氯酸钠电解法679

17.5盐酸煮沸法679

17.6硫酸煮沸法679

17.7机械法679

参考文献679

第18章 铂（钛镀铂、烧结铂、烧结铂铱合金）电极681

18.1铂的化学681

18.1.1铂的发现681

18.1.2铂的物理性质681

18.1.3铂的化学性质681

18.1.4铂的电极电位及氧化态683

18.1.5铂的化合物683

18.2铂电极（Pt）684

18.2.1指示电极适用范围685

18.2.2有机电合成用铂电极685

18.2.3阴极保护685

18.2.4高氯酸盐生产686

18.2.5海水电解686

18.2.6水电解686

18.3铂复合电极687

18.3.1铂复合方法687

18.3.2铂复合用电极基体材料688

18.3.3钛镀铂电极689

18.3.4钛涂铂电极690

18.3.5钛包铂电极690

18.3.6冶金加工复合铂690

18.3.7磁控溅射691

18.3.8化学气相沉积691

18.3.9复合电沉积Ti／Pt-ZrO2电极692

18.4钛镀铂电极（Ti／Pt（E））694

18.4.1钛镀铂电极制造工艺694

18.4.2钛镀铂电极特性697

18.4.3钛镀铂电极的应用701

18.5烧结铂电极（Ti／Pt（T））707

18.5.1烧结铂电极的研究708

18.5.2烧结铂电极的测试709

18.5.3烧结铂电极的应用712

18.5.4新一代烧结铂电极713

18.6烧结铂铱合金电极（Ti／PtIr（T））715

18.6.1烧结铂铱合金电极的研究715

18.6.2烧结铂铱合金电极的应用716

参考文献719

附录721

相关名词术语缩写721