王坚电化学专题课件.pptx

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1、王坚电化学专题课件王坚电化学专题课件 制作人：时间：2024年X月CATALOGUE目录目录第第1 1章章 王坚电化学专题课件简介王坚电化学专题课件简介第第2 2章章 电化学基础知识电化学基础知识第第3 3章章 王坚电化学研究的前沿领域王坚电化学研究的前沿领域第第4 4章章 电化学材料电化学材料第第5 5章章 电化学在环境保护中的应用电化学在环境保护中的应用第第6 6章章 总结与展望总结与展望第第7 7章章 参考文献参考文献 0101第第1章章 王王坚电坚电化学化学专题课专题课件件简简介介 课程背景课程背景电化学是指涉及电荷转移和材料电化学性质方面的学科，具有广泛的应用领域。王坚作为电化学领域

2、的重要学者，其研究成果不仅在理论方面具有重要意义，而且在工业化应用中也起到关键作用。了解王坚电化学研究的背景和重要性，将有助于我们更好地理解电化学学科的发展和应用。王坚电化学的发展历王坚电化学的发展历程程王坚于20世纪80年代开始从事电化学研究，在电化学领域取得了很多优秀的成果。他曾在电化学动力学、电极反应、催化剂、电池和燃料电池等方面做出贡献，被誉为“电化学之父”。其研究成果在国内外学术界和工业界产生了广泛的影响，推动了电化学学科的进一步发展。课程目标和内容课程目标和内容包括电化学反应、电解、电池等方面了解电化学的了解电化学的基本概念和原基本概念和原理理包括电极反应动力学、催化剂、电池等方面

3、掌握王坚电化掌握王坚电化学研究的基本学研究的基本内容内容包括燃料电池、电镀、电解冶金等方面了解电化学在了解电化学在工业化应用中工业化应用中的作用的作用 课程教学方法课程教学方法讲解电化学的基本概念和原理，以及王坚电化学研究的相关内容理论课理论课分析电化学在工业化应用中的实际案例，加深学生对电化学的理解案例分析案例分析进行电化学实验，提高学生的实践操作能力和实验数据分析能力实验课实验课 电化学反应电化学反应电化学反应电化学反应电化学反应是指通过化学反应发生电子转移，生成电流或电化学反应是指通过化学反应发生电子转移，生成电流或利用电流进行化学反应。电化学反应可以分为氧化还原反利用电流进行化学反应。

4、电化学反应可以分为氧化还原反应和非氧化还原反应两种。其中，氧化还原反应包括氧化应和非氧化还原反应两种。其中，氧化还原反应包括氧化反应和还原反应，是电化学反应中最重要的一种。反应和还原反应，是电化学反应中最重要的一种。利用电流将金属离子还原成金属沉积在基材上的过程，是一种典型的电化学反应电镀电镀0103利用氧化还原反应将燃料的化学能转化为电能的装置，是一种新型的电化学反应应用燃料电池燃料电池02利用化学能转化为电能的装置，是电化学反应的典型应用之一电池电池电解电解电解电解电解是指利用电流使离子在溶液中发生分解电解是指利用电流使离子在溶液中发生分解的过程，将化学反应中需要的产物制备出来的过程，将化

5、学反应中需要的产物制备出来在电解过程中，阴阳极上的反应不同，产生在电解过程中，阴阳极上的反应不同，产生的物质也不同的物质也不同电池电池电池电池电池是指将化学能转化为电能电池是指将化学能转化为电能的装置，由正负两极和电解质的装置，由正负两极和电解质组成组成电池的工作原理是通过化学反电池的工作原理是通过化学反应在电极上产生电位差，使电应在电极上产生电位差，使电子从负极流向正极，形成电流子从负极流向正极，形成电流腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀腐蚀是指金属或合金在自然或人工环境中腐蚀是指金属或合金在自然或人工环境中受到化学或电化学作用而遭受破坏的现象受到化学或电化学作用而遭受破坏的现象在腐蚀中，金属表面发生氧化还原

6、反应，在腐蚀中，金属表面发生氧化还原反应，失去电极上的金属，形成金属离子，脱落失去电极上的金属，形成金属离子，脱落成腐蚀产物成腐蚀产物电化学反应的基本原理电化学反应的基本原理氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应氧化还原反应是指物质中的电子转移过程，即氧化还原反应是指物质中的电子转移过程，即氧化剂接受电子变成还原剂，还原剂失去电子氧化剂接受电子变成还原剂，还原剂失去电子变成氧化剂变成氧化剂在氧化还原反应中，加入适当的电解质可以促在氧化还原反应中，加入适当的电解质可以促进电子的传递，加快反应速率进电子的传递，加快反应速率总结总结通过本课程的学习，我们了解了电化学学科的基本概念和原理，了

7、解了王坚电化学研究的成果和应用，掌握了电化学在工业化应用中的作用。希望大家在今后的学习和工作中能够积累更多的知识和经验，为电化学学科的进一步发展做出贡献。0202第第2章章 电电化学基化学基础础知知识识 电化学基本概念电化学基本概念电化学基本概念电化学基本概念电化学是研究电和化学反应之间相互作用的学科。其中，电化学是研究电和化学反应之间相互作用的学科。其中，电位、电动势、电解质、离子是电化学的基本概念。电位电位、电动势、电解质、离子是电化学的基本概念。电位是电场在某一点的大小，电动势是电场沿一条回路的大小，是电场在某一点的大小，电动势是电场沿一条回路的大小，电解质是能导电的物质，离子是带电的原

8、子、分子或离子电解质是能导电的物质，离子是带电的原子、分子或离子对。对。离子在溶液中的离子在溶液中的离子在溶液中的离子在溶液中的行为行为行为行为在溶液中，离子会发生电离、离子反应和离子浓度等行为。在溶液中，离子会发生电离、离子反应和离子浓度等行为。电离是指化合物在水溶液中分解成离子的过程，离子反应电离是指化合物在水溶液中分解成离子的过程，离子反应是指在溶液中，离子之间发生的化学反应，离子浓度是指是指在溶液中，离子之间发生的化学反应，离子浓度是指单位体积溶剂中离子的数量。单位体积溶剂中离子的数量。电化学反应电化学反应氧化还原反应是指物质中的电子转移氧化还原反应氧化还原反应电解反应是指电流通过电解

9、质溶液或熔融的离子晶体时发生的化学反应电解反应电解反应电池反应是指化学能转化成电能的化学反应电池反应电池反应 电位计是测量电极电位的一种仪器电位计电位计0103电化学阻抗是研究电化学反应动力学过程的一种方法电化学阻抗电化学阻抗02极化曲线是反映电极极化现象的电位-电流曲线极化曲线极化曲线电动势电动势电动势电动势电动势是电场沿一条回路的大小电动势是电场沿一条回路的大小电动势源是在回路中产生电能的物质电动势源是在回路中产生电能的物质离子离子离子离子离子是带电的原子、分子或离离子是带电的原子、分子或离子对子对阳离子带正电，阴离子带负电阳离子带正电，阴离子带负电电解质电解质电解质电解质电解质是能导电的

10、物质电解质是能导电的物质强电解质能完全电离，弱电解质只能部分强电解质能完全电离，弱电解质只能部分电离电离电化学基础知识电化学基础知识电位电位电位电位电位是电场在某一点的大小电位是电场在某一点的大小电位差是指两点之间的电势差电位差是指两点之间的电势差小结小结电化学是研究电和化学反应之间相互作用的学科。在学习电化学基础知识时，需要了解电位、电动势、电解质、离子等基本概念，以及离子在溶液中的行为、电化学反应的基本原理和分类，以及电化学测量的基本方法。0303第第3章章 王王坚电坚电化学研究的前化学研究的前沿沿领领域域 电化学催化电化学催化电化学催化电化学催化电化学催化是指通过电流对反应物进行调控，从

11、而产生化电化学催化是指通过电流对反应物进行调控，从而产生化学反应并提高反应速率的方法。它在化学合成、能源转化学反应并提高反应速率的方法。它在化学合成、能源转化等领域应用广泛，常见的催化剂有金属、氧化物、碳材料等领域应用广泛，常见的催化剂有金属、氧化物、碳材料等。其中，电催化作为一种高效、绿色的催化技术，受到等。其中，电催化作为一种高效、绿色的催化技术，受到了广泛关注。了广泛关注。硫化物在电场作用下发生的化学反应硫化物的电化学反应硫化物的电化学反应0103硫化物的电化学反应可以用于传感器的制备和检测硫化物在传感领域的应用硫化物在传感领域的应用02硫化物作为一种优秀的催化剂，被广泛应用于能源、环境

12、等领域硫化物在催化领域的应用硫化物在催化领域的应用燃料电池燃料电池以氢气和氧气作为燃料的一种燃料电池质子交换膜燃质子交换膜燃料电池料电池以甲醇为燃料的一种燃料电池甲醇燃料电池甲醇燃料电池以固体氧化物为电解质的一种燃料电池固体氧化物燃固体氧化物燃料电池料电池 负极材料负极材料负极材料负极材料石墨石墨硅负极硅负极锂钛氧锂钛氧电解液电解液电解液电解液有机溶剂电解液有机溶剂电解液固态电解质固态电解质离子液体电解液离子液体电解液电池包装材料电池包装材料电池包装材料电池包装材料聚酰亚胺薄膜聚酰亚胺薄膜铝塑膜铝塑膜塑料包装膜塑料包装膜锂离子电池锂离子电池正极材料正极材料正极材料正极材料三元材料三元材料钴酸锂

13、钴酸锂锰酸锂锰酸锂生物电化学生物电化学生物电化学是研究生物体内电子转移和电荷平衡的学科。它涉及的研究领域非常广泛，例如光合作用、氧化还原酶等。近年来，生物电化学也逐渐被应用于环境治理、生物医学等领域。0404第第4章章 电电化学材料化学材料 电催化剂材料电催化剂材料电催化剂材料是一类能够促进或者抑制电化学反应的材料。根据其性质可分为阳极催化剂和阴极催化剂。制备方法包括物理还原法、化学还原法、溶胶-凝胶法等。应用领域包括环境污染治理、电化学化工、电化学环保等。锂离子电池材料锂离子电池材料锂离子电池是一种化学能转化为电能的储能装置。由正极、负极、电解质和隔膜组成。其中正极材料包括锂离子嵌入材料、锂

14、离子插层材料等；负极材料包括石墨、硅等；电解质包括有机电解液和固体电解质；隔膜主要为聚合物材料。超级电容器材料超级电容器材料超级电容器材料超级电容器材料超级电容器（超级电容器（SupercapacitorSupercapacitor）是介于传统蓄电池和电容）是介于传统蓄电池和电容器之间的一种新型电能存储设备，其工作原理是利用电极器之间的一种新型电能存储设备，其工作原理是利用电极材料的高比电容和电解质的低电阻来实现电能的存储。其材料的高比电容和电解质的低电阻来实现电能的存储。其中电极材料主要包括活性炭、氧化铁等；电解质主要为有中电极材料主要包括活性炭、氧化铁等；电解质主要为有机电解液和离子液体。

15、机电解液和离子液体。电化学储氢材料电化学储氢材料包括锂氢化物、钠氢化物等金属氢化物金属氢化物包括硼氢化物、氨基硼烷等非金属氢化物非金属氢化物包括镁合金、钛合金等贮氢合金贮氢合金 化学还原法化学还原法化学还原法化学还原法优点：催化活性高优点：催化活性高缺点：对环境有污染缺点：对环境有污染溶胶溶胶溶胶溶胶-凝胶法凝胶法凝胶法凝胶法优点：催化活性高；优点：催化活性高；缺点：制备过程较复杂。缺点：制备过程较复杂。其他方法其他方法其他方法其他方法包括微乳法、电化学法等包括微乳法、电化学法等电催化剂制备方法比较电催化剂制备方法比较物理还原法物理还原法物理还原法物理还原法优点：制备简单优点：制备简单缺点：催

16、化活性较低缺点：催化活性较低包括材料粉末合成、浆料制备、电极片制备等步骤正极材料制备正极材料制备0103包括溶液配制、纯化等步骤电解液制备电解液制备02包括材料粉末制备、浆料制备、电极片制备等步骤负极材料制备负极材料制备锂离子电池的发展趋锂离子电池的发展趋势势锂离子电池是目前商用最广泛的电池类型之一，随着科技的发展，其性能不断提高，成本不断降低，正在逐渐替代传统的铅酸电池和镍氢电池。未来，锂离子电池的发展方向主要包括提高能量密度、延长电池寿命、改善安全性和环保性等。超级电容器应用领域超级电容器应用领域用于汽车起动、柴油发电机组起动等。起动电机起动电机用于电流负载峰值的平衡等。电力系统电力系统用

17、于太阳能、风能等的储存和释放。可再生能源可再生能源包括闪光灯、LCD背光、耳机等。消费电子消费电子电化学储氢材料电化学储氢材料电化学储氢材料电化学储氢材料应用领域应用领域应用领域应用领域电化学储氢材料是一种将氢气以化合物的形式固定在材料电化学储氢材料是一种将氢气以化合物的形式固定在材料中，以实现氢能的储存和释放。应用领域包括氢能源、航中，以实现氢能的储存和释放。应用领域包括氢能源、航空航天、增强材料、氢化橡胶等。空航天、增强材料、氢化橡胶等。0505第第5章章 电电化学在化学在环环境保境保护护中中的的应应用用 电化学废水处理电化学废水处理电化学废水处理电化学废水处理技术技术技术技术电化学废水处

18、理技术是一种利用电化学方法对废水进行处电化学废水处理技术是一种利用电化学方法对废水进行处理的技术。它的原理是利用电解法将废水中的有机物和无理的技术。它的原理是利用电解法将废水中的有机物和无机物分解成气体、液体和固体三种状态，然后通过各种方机物分解成气体、液体和固体三种状态，然后通过各种方式进行处理和回收利用。这种技术在环境保护中得到了广式进行处理和回收利用。这种技术在环境保护中得到了广泛应用，能够有效地减少废水对环境的污染，满足环保要泛应用，能够有效地减少废水对环境的污染，满足环保要求。求。电化学废水处理技术的应用电化学废水处理技术的应用能够有效去除医院废水中的重金属、有机物等污染物医院废水处

19、理医院废水处理能够处理含有氰化物、酸碱等强酸性或强碱性废水化工废水处理化工废水处理能够处理含有养分、农药等污染物的农业废水农业废水处理农业废水处理 电化学脱硝技术电化学脱硝技术电化学脱硝技术电化学脱硝技术电化学脱硝技术是一种利用电化学方法对脱硝废气进行处电化学脱硝技术是一种利用电化学方法对脱硝废气进行处理的技术。它的原理是利用电解法将废气中的氮氧化物分理的技术。它的原理是利用电解法将废气中的氮氧化物分解成氮气和水蒸气，从而达到减少氮氧化物排放的目的。解成氮气和水蒸气，从而达到减少氮氧化物排放的目的。电化学脱硝技术的应用电化学脱硝技术的应用能够有效去除火力发电厂脱硝废气中的氮氧化物火力发电厂火力

20、发电厂能够对钢铁冶炼废气中的氮氧化物进行处理钢铁冶炼钢铁冶炼能够减少汽车尾气中的氮氧化物排放汽车尾气汽车尾气 电化学氧化技术电化学氧化技术电化学氧化技术电化学氧化技术电化学氧化技术是一种利用电化学方法对有机污染物进行电化学氧化技术是一种利用电化学方法对有机污染物进行氧化分解的技术。它的原理是利用电解法将有机污染物氧氧化分解的技术。它的原理是利用电解法将有机污染物氧化分解成无机物，达到减少有机污染物对环境的污染的目化分解成无机物，达到减少有机污染物对环境的污染的目的。的。电化学氧化技术的应用电化学氧化技术的应用能够处理半导体工业废水中含有的有机污染物半导体工业半导体工业能够有效处理制药工业废水中

21、的有机物和色度制药工业制药工业能够处理食品加工工业废水中的有机物和色度食品加工工业食品加工工业 电化学重金属污电化学重金属污电化学重金属污电化学重金属污染物处理技术染物处理技术染物处理技术染物处理技术电化学重金属污染物处理技术是一种利用电化学方法对重电化学重金属污染物处理技术是一种利用电化学方法对重金属污染物进行处理的技术。它的原理是利用电解法将重金属污染物进行处理的技术。它的原理是利用电解法将重金属离子还原成金属，或者将重金属离子氧化成不易溶于金属离子还原成金属，或者将重金属离子氧化成不易溶于水的化合物，达到减少重金属污染的目的。水的化合物，达到减少重金属污染的目的。电化学重金属污染物处理技

22、术的应用电化学重金属污染物处理技术的应用能够处理化工工业废水中的重金属污染物化工工业化工工业能够处理冶金工业废水中的重金属污染物冶金工业冶金工业能够处理电子工业废水中的重金属污染物電子工业電子工业 0606第第6章章 总结总结与展望与展望 研究现状总结研究现状总结现代电化学的研究范围已经非常广泛，包括电解、电沉积、溶液电化学、电催化等多个领域。当前的研究主要集中在材料设计、机理探究和应用研究等方面。王坚电化学的贡王坚电化学的贡王坚电化学的贡王坚电化学的贡献献献献王坚教授在电化学领域做出了许多重要贡献，其中最著名王坚教授在电化学领域做出了许多重要贡献，其中最著名的就是电化学纳米技术。他发明了许多

23、电化学方法，包括的就是电化学纳米技术。他发明了许多电化学方法，包括电化学合成、电化学传感和电催化等，为许多领域的研究电化学合成、电化学传感和电催化等，为许多领域的研究提供了关键技术工具。提供了关键技术工具。利用化学反应产生电能燃料电池燃料电池0103利用阳光产生电能光电化学光电化学02包括锂离子电池、超级电容器等储能技术储能技术电化学在环境领域的应用电化学在环境领域的应用利用电化学方法去除污染物污水处理污水处理利用电化学反应去除水中的有机物和微生物净水技术净水技术利用电化学方法催化氧化有机物和无机物催化氧化催化氧化 电催化电催化电催化电催化电催化还原电催化还原电催化氧化电催化氧化电催化合成电催

24、化合成电化学传感电化学传感电化学传感电化学传感电化学生物传感器电化学生物传感器电化学环境传感器电化学环境传感器电化学化学传感器电化学化学传感器其他其他其他其他电化学发光电化学发光电化学腐蚀电化学腐蚀电化学晶体电化学晶体电化学方法的种类电化学方法的种类电化学合成电化学合成电化学合成电化学合成电镀电镀电解析电解析电沉积电沉积展望未来展望未来电化学是一门重要的交叉学科，将在能源、材料、环境等领域发挥越来越重要的作用。未来，电化学技术将进一步提高效率和可持续性，并会涌现出更多新的领域和应用。0707第第7章章 参考文献参考文献 电化学领域重要文献电化学领域重要文献作者：Christopher M.A.

25、Brett,Ana Maria Oliveira BrettElectrochemiElectrochemistry:stry:Principles,Principles,Methods,and Methods,and ApplicationsApplications作者：John OM.Bockris,Amulya K.N.Reddy,Maria E.Gamboa-AldecoModern Modern ElectrochemiElectrochemistry 2A:stry 2A:Fundamentals Fundamentals of of Electrodics,Electrodics

26、,2nd Edition2nd Edition作者：Allen J.Bard,Larry R.FaulknerElectrochemiElectrochemical Methods:cal Methods:Fundamentals Fundamentals and and Applications,Applications,2nd Edition2nd Edition 王坚教授相关论文王坚教授相关论文作者：Wang Jian,Li Xifei,Yang Jianhua等Synthesis Synthesis and and characterizacharacterization of tio

27、n of novel novel cathode cathode materials materials for Li-ion for Li-ion batteriesbatteries作者：Wang Jian,Li Qiaoling,Zhang Chenlin等Facile Facile synthesis of synthesis of IrO2 IrO2 nanoparticlenanoparticles for high-s for high-performance performance supercapacitsupercapacitor electrode or electrod

28、e materialsmaterials作者：Wang Jian,Chen Jun,Zhang Guoyu等Advances in Advances in high-rate high-rate lithium-air lithium-air batteriesbatteries 电化学材料相关文献电化学材料相关文献作者：Xiaobo Ji,Jiujun ZhangNanomaterialNanomaterials for s for ElectrochemiElectrochemical Energy cal Energy Storage and Storage and Conversion

29、Conversion作者：B.E.ConwayElectrochemiElectrochemical cal Capacitors:Capacitors:Fundamentals Fundamentals to to ApplicationsApplications作者：John Newman,Karen E.Thomas-AlyeaElectrochemiElectrochemical Systemscal Systems 环境电化学相关文献环境电化学相关文献作者：Krishna R.ReddyEnvironmentaEnvironmental l ElectrochemiElectroch

30、emistrystry作者：Mika Sillanp,Bharat A.BhanvaseElectrochemiElectrochemical Water cal Water Treatment Treatment Methods:Methods:Fundamentals,Fundamentals,Methods and Methods and Full Scale Full Scale ApplicationsApplications作者：Christoph G.Van de Weyer,Carlos A.C.SequeiraElectrochemiElectrochemistry for

31、the stry for the EnvironmentEnvironment 电化学实验室常用文献电化学实验室常用文献作者：Allen J.Bard,Larry R.FaulknerElectrochemiElectrochemical Methods:cal Methods:Fundamentals Fundamentals and and Applications,Applications,2nd Edition2nd Edition作者：R.Winston Revie,Herbert H.UhligElectrochemiElectrochemical cal Techniques T

32、echniques in Corrosion in Corrosion Science and Science and EngineeringEngineering作者：Allen J.BardElectroanalyElectroanalytical tical Chemistry:A Chemistry:A Series of Series of AdvancesAdvances 感谢致辞感谢致辞在此，我要感谢参加本课程的学员和工作人员的支持和配合。愿大家能够在电化学领域取得更加卓越的成就！对电化学材料的对电化学材料的对电化学材料的对电化学材料的研究和应用研究和应用研究和应用研究和应用电化

33、学材料是指在化学反应中转移电荷，产生电化学反应电化学材料是指在化学反应中转移电荷，产生电化学反应的材料。电化学材料在电池、超级电容器、太阳能电池、的材料。电化学材料在电池、超级电容器、太阳能电池、燃料电池等方面具有重要的应用。王坚教授团队一直致力燃料电池等方面具有重要的应用。王坚教授团队一直致力于电化学材料的研究和开发，已经取得了很多重要的进展。于电化学材料的研究和开发，已经取得了很多重要的进展。根据需求，制备新型电化学材料新型电化学材料的合成新型电化学材料的合成0103探索电化学材料在不同领域的应用电化学材料的应用研究电化学材料的应用研究02对不同的电化学材料性能进行测量和分析电化学材料的性

34、能测试电化学材料的性能测试半导体半导体半导体半导体拥有带隙，可以实现光电转换拥有带隙，可以实现光电转换具有良好的光学性质具有良好的光学性质在能带结构、禁带宽度、缺陷等方面具有特在能带结构、禁带宽度、缺陷等方面具有特殊的性质殊的性质离子共价物离子共价物离子共价物离子共价物含有含有ionicionic和和covalentcovalent的成分的成分具有较低的离化能具有较低的离化能在离子导电性、光学吸收和发在离子导电性、光学吸收和发射、光催化反应等方面具有重射、光催化反应等方面具有重要应用要应用导电聚合物导电聚合物导电聚合物导电聚合物相对其他电化学材料，导电聚合物更加柔相对其他电化学材料，导电聚合物

35、更加柔韧且容易加工韧且容易加工可通过改变聚合物的特性增强其性能可通过改变聚合物的特性增强其性能适用于柔性光伏、电池等应用适用于柔性光伏、电池等应用电化学材料的分类和特点电化学材料的分类和特点易氧化物易氧化物易氧化物易氧化物具有良好的导电性具有良好的导电性在较低的电势下就可以被氧化在较低的电势下就可以被氧化在红外光谱和拉曼光谱上有明显的吸收峰在红外光谱和拉曼光谱上有明显的吸收峰研究成果研究成果王坚教授团队在电化学材料的制备、性能测试、应用研究等方面取得了很多重要的成果。例如，他们成功制备了一种用于锂离子电池的新型高倍率正极材料，并将其应用于移动电源、笔记本电脑等领域。他们还成功研发了一种新型超级电容器，可有效应对电力短缺、紧急停电等情况。THANKS 谢谢观看！