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出版者:

作者:Bockris, J. O'M./ Khan, Shahed U. M.

出品人:

页数:1078

译者:

出版时间:1993-5

价格:$ 190.97

装帧:

isbn号码:9780306442988

丛书系列:

图书标签:

• Surface Chemistry
• Electrochemistry
• Electrode Processes
• Interface Science
• Corrosion
• Sensors
• Materials Science
• Nanomaterials
• Energy Storage
• Catalysis

《表面电化学》 内容梗概 《表面电化学》是一部深入探讨物质表面与电化学过程之间复杂相互作用的权威著作。本书 meticulously 梳理了表面电化学这一跨学科领域的理论基础、实验技术以及前沿应用，旨在为读者提供一个全面而深入的理解。本书并非对某一特定应用领域的孤立介绍，而是从根本上剖析了表面现象在电化学反应中的核心作用，以及如何通过调控表面性质来优化电化学体系的性能。 第一部分：理论基石 本书的开篇着重于构建坚实的理论框架。首先，它详细阐述了表面电化学的基本概念，包括电极-溶液界面的结构、双电层理论（Gouy-Chapman-Stern模型及其改进），以及不同类型电极（金属、半导体、绝缘体）的表面电子结构和费米能级。读者将学习到如何理解电荷在界面上的分布、电子转移的微观机制，以及这些因素如何影响宏观的电化学反应速率和选择性。 接着，本书深入探讨了表面吸附的理论。这部分内容涵盖了 Langmuir、Temkin、Freundlich 等经典吸附等温线模型，并延伸至更复杂的表面覆盖度、吸附焓、熵等热力学参数的计算和理解。特别地，本书强调了不同吸附模式（如分子吸附、原子吸附、桥联吸附）对表面催化活性的影响，以及如何利用表面形貌和表面缺陷来调控吸附行为。 电化学反应动力学是本书的另一理论核心。这里，读者将学习到 Butler-Volmer 方程、Tafel 斜率的推导与应用，理解电荷转移系数、交换电流密度等关键参数的物理意义，以及它们如何反映反应的决速步骤。本书还将介绍如何通过循环伏安法、计时电流法、电化学阻抗谱（EIS）等实验技术来解析反应动力学参数，并探讨了扩散过程（Nernst扩散层、希尔-查普曼扩散层）对整体反应速率的影响。 第二部分：实验工具与技术 为了将理论付诸实践，《表面电化学》详细介绍了实现表面电化学研究的各种实验手段。本书首先系统地介绍了各种电化学工作站的功能和应用，包括恒电位仪、恒电流仪、阻抗谱仪等。读者将学习到如何正确设置实验参数，进行稳态和瞬态电化学测量。 在表面表征方面，本书重点介绍了与表面电化学紧密相关的技术。包括： 扫描探针显微镜（SPM）： 如扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM），它们能够以原子级分辨率揭示电极表面的形貌、结构和局域电子性质，对于理解表面催化和电沉积过程至关重要。 X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）： 这些表面敏感的分析技术能够提供电极表面元素的组成、化学态以及电子结构信息，是验证表面反应产物和界面化学态的重要手段。 傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱： 特别是表面增强拉曼光谱（SERS），能够直接探测吸附在电极表面的分子，提供其结构、取向和化学键的信息，是研究表面反应机理的强大工具。 X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）： 用于分析宏观和微观尺度的表面晶体结构和形貌，对于理解多晶电极的活性位点和纳米材料的表面特性至关重要。 此外，本书还详细介绍了在特定环境（如水溶液、非水溶剂、高温、高压）下进行表面电化学实验的注意事项和特殊技术，包括微电极技术、微流控芯片电化学等。 第三部分：前沿应用与未来展望 《表面电化学》的第三部分将理论和实验的知识融会贯通，聚焦于表面电化学在各个领域的广泛应用，并展望了该领域的未来发展方向。 催化与能源转化： 这是一个极其重要的应用领域。本书深入探讨了贵金属、过渡金属氧化物、碳基材料以及金属有机框架（MOFs）等在电催化反应中的作用。例如： 析氧反应（OER）和析氢反应（HER）： 在水分解制氢、金属-空气电池和燃料电池等能源技术中扮演着关键角色。本书将分析不同催化剂的表面结构、活性位点、电子转移通路如何影响反应动力学和选择性。 二氧化碳还原反应（CO2RR）： 旨在将二氧化碳转化为有价值的化学品或燃料，本书将讨论如何通过调控催化剂的表面电子结构和几何结构来提高产物的选择性（如CO、甲酸、甲醇等）。 氧还原反应（ORR）： 在燃料电池中至关重要，本书将解析不同催化剂（如铂基合金、非贵金属催化剂）的表面机制，以及如何克服动力学缓慢等挑战。 电化学储能： 锂离子电池、钠离子电池、固态电池： 本书将从表面电化学的角度解释电极材料（正极、负极、固态电解质）与电解质之间的界面反应，如固体电解质界面（SEI）的形成及其对电池性能的影响，电极材料的表面改性策略以提高离子传输效率和循环稳定性。 超级电容器： 讨论电极材料（如活性炭、导电聚合物、金属氧化物）的表面积、孔隙结构以及表面官能团如何影响双电层电容和赝电容。 电化学传感与生物电化学： 化学传感器和生物传感器： 探讨如何利用电化学信号检测特定分析物。本书将详细介绍基于电极表面修饰（如固定酶、抗体、核酸适配体）的传感机理，以及如何通过调控表面纳米结构和电子传递介质来提高灵敏度和选择性。 电化学免疫分析、DNA传感、葡萄糖传感： 阐述其表面工程和信号放大策略。 腐蚀与防护： 金属腐蚀机理： 从电化学角度解释金属在不同环境中的腐蚀过程，包括阳极溶解和阴极还原反应。 缓蚀剂的作用机制： 分析缓蚀剂如何通过在金属表面形成吸附膜来阻碍腐蚀反应。 电化学防护技术： 如牺牲阳极和外加电流法，阐述其在船舶、桥梁、管道等领域的应用。 电化学合成与精炼： 有机电合成： 介绍如何利用电化学方法进行高效、绿色的有机合成，包括偶联反应、氧化还原反应等。 金属电沉积与电解精炼： 讨论控制电极表面形貌、晶粒尺寸和纯度的电化学技术，以及其在材料制备和贵金属回收中的应用。 未来展望： 本书的结尾部分将聚焦于表面电化学领域正在兴起的新兴方向和挑战。包括： 人工智能（AI）与机器学习（ML）在表面电化学研究中的应用： 如何利用AI/ML加速催化剂设计、反应机理解析和性能预测。 原位（in situ）和动态（operando）表征技术的进步： 更加深入地理解材料在真实工作条件下的表面变化。 新型纳米材料和复合材料的开发： 具有独特表面性质和多功能性的材料设计。 可持续电化学过程： 关注环境友好、能源高效的电化学技术发展。 《表面电化学》以其严谨的理论推导、详实的实验论证和广泛的应用前景，为研究人员、工程师和学生提供了一个理解和探索物质表面电化学魅力的宝贵资源。本书强调，对表面电化学的深刻理解是推动现代化学、材料科学、能源技术和环境科学发展的关键驱动力之一。

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