世紀(jì)電化學(xué)和電分析化學(xué)趙凱元(已修改)
2025-01-24 21:35 本頁面
【正文】 21世紀(jì)電化學(xué)和電分析化學(xué) 現(xiàn)代電化學(xué)和電分析的最新研究方向和前沿領(lǐng)域 主講人 趙凱元 2022年 12月 電化學(xué)是重要的邊緣科學(xué) ? 與電子學(xué)、固體物理學(xué)、生物學(xué)密切相關(guān) ? 包括電分析化學(xué)、有機(jī)電化學(xué)、催化電化學(xué)、熔鹽電化學(xué)、固體電解質(zhì)、量子電化學(xué)、半導(dǎo)體電化學(xué)、腐蝕電化學(xué)、生物電化學(xué)以及環(huán)境電化學(xué)等分支。 ? 涉及能源、交通、材料、生命以及環(huán)境等重大問題；推動國民經(jīng)濟(jì)和尖端科技的發(fā)展。其應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出化學(xué)領(lǐng)域：例如精細(xì)電合成、金屬電冶煉、化學(xué)電源、金屬腐蝕和防護(hù)、表面精飾、電解加工、電化學(xué)分離、污染物電化學(xué)處理、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)藥衛(wèi)生、生物分子識別等。 現(xiàn)代電化學(xué)和電分析的前沿領(lǐng)域 。無機(jī)、有機(jī)電合成、電催化與電活性聚合物 精細(xì)特殊化學(xué)品電合成； ? 能源電化學(xué)：新電源、燃料電池、光、微電池 ? 新興電冶、電鍍、表面電精飾、電加工技術(shù) ? 綠色電化學(xué)：電化學(xué)技術(shù)處理環(huán)境污染物 ? 生命電化學(xué)：膜 電化學(xué)、細(xì)胞電化學(xué)、免疫電化學(xué) ? 光電化學(xué)、光譜、聲、熱、磁電化學(xué)等 ? 傳統(tǒng)的組分分析已達(dá)到 ppt級 ? 各種新型傳感器的研制和應(yīng)用日益深入 ? 各種各樣的化學(xué)修飾電極和微電極使分析檢測日益特征化、功能化 ? 模擬生物膜體系的電分析技術(shù)是認(rèn)識生命活動最直接的途徑 ? 光譜及各種波譜電化學(xué)可以從原子、分子水平研究生物物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和形成過程 ? 納米電化學(xué)和納米修飾電極實(shí)現(xiàn)了分子自組裝 電化學(xué)新能源 ? 現(xiàn)代能源：礦物熱能、水能、風(fēng)能、核能、太陽能、轉(zhuǎn)化為電能利用 ? 物理電源 將光、熱、核、水、風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能 ? 化學(xué)電源 化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能。包括原電池、蓄電池、儲能電池、燃料電池 ? 目前化學(xué)電源的研制方向有：高比能、長壽命、大功率的動力電池；高效率、無污染燃料電池或電站；輕便、高效軍用電池；空間探索和海洋開發(fā)輔助電源；醫(yī)療、電子用的小型和微型電池 ? 太陽能電池、光電解水和氫能開發(fā) 新 型 電 源 ? 新型高能電池 ：銀鋅電池、鎳氫電池、鋰電池、鋰離子電池、固體電解質(zhì)電池； ? 燃料電池的特點(diǎn) ：燃料化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。高能效（ 60%）、少污染、適用廣、易操作；缺點(diǎn)是成本高、壽命短。 ? 燃料電池分類 ：堿性燃料電池（ AFC） 、磷酸燃料電池（ PAFC）、聚合物電解質(zhì)膜（ SPFC）、碳酸鹽熔鹽（ MCFC）、固態(tài)氧化物電解質(zhì)（ SOFC）、甲醇直接氧化燃料電池等 ? 燃料電池應(yīng)用 ：大規(guī)模發(fā)電站（ 100MW）、小型發(fā)電站、宇宙空間站、火車和軍艦動力、化工生產(chǎn)、污水處理等。 ? 太陽能電池 （包括硅太陽能電池和液結(jié)太陽能電池） 光電解水和氫能開發(fā) ? 光電解水 ：如 nSrTiO2︱ H2O ︱ Pt ? 氫能開發(fā) ： 熱化學(xué)循環(huán)制氫 ： ? 2FeSO4+I2+H2SO4→2HI+ Fe 2(SO4)3（光解） ? 2HI → I 2+H2 (熱分解 708K) ? Fe2(SO4)3+H2O → 2FeSO 4+ H2SO4+1/2O2（電解） ? 總反應(yīng)： H2O → H 2 +1/2O2 ? 煤漿電解制氫 ： ? 陰極： 4H+
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