1.3非法拉第过程及电极/溶液界面性能;1.3.1界面电荷层;1.3.1.1界面电荷层形成;;理想极化电极:在一定电势范围内,能够借助外电源任意改变双电层带电情况(因而改变界面区电势差),而不致引发任何电化学反应电极。如KCl溶液中汞电极。;1.3.1.2研究电极/溶液界面性质意义;1.3.1.3电极/溶液界面性质研究方法;反应界面性质参数:
界面张力γ、微分电容Cd、电极表面剩下电荷密度q
用试验方法测定界面参数,把这些试验测定结果与依据理论模型推算出来数值相比较,假如理论值与试验结果比较一致,那么该结构模型就有一定正确性。;1.3.2电毛细现象;???(h);φ/V(相对于标准氢电极);汞/溶液界面存在着双电层,即界面同一侧带有相同符号剩下电荷。不论是带正电荷还是带负电荷,因为同性电荷之间排斥作用,都力图使界面扩大,而界面张力力图使界面缩小,二者作用恰好相反。所以,带电界面界面张力比不带电时要小,而且表面电荷密度越大,界面张力就越小。最高点处是电极表面剩下电荷密度为零时,其它点处表面带过剩电荷。;2.电毛细曲线微分方程;在恒温、恒压下:;普通情况下,不带电固相中没有能够自由移动而在界面吸附粒子,因而对固/液界面,化学势一项只需要考虑液相中吸附粒子。但对电极电势可变电极体系来说,能够把电子看成是一个能自由移动并在界面发生吸附粒子。
若电极表面剩下电荷密度为q(C/cm2),则电子表面吸附量为:;把电子这一组分单独列出来,则有:;表面电荷密度q=0时电极电势,也就是与界面张力最大值相对应电极电势称为零电荷电势,惯用符号?0表示。;(1)当电极表面存在正剩下电荷时,;不论电极表面存在正剩下电荷还是负剩下电荷,界面张力都将随剩下电荷数量增加而降低。;3.离子表面剩下量;当溶液成份发生改变时,因为参比电极电势改变而引发电极电势改变为:;若参比电极对负离子可逆,则:;详细求解离子表面剩下量步骤:
(1)测量不一样浓度电解质溶液电毛细曲线
(2)从各条电毛细曲线上取同一相对电势下g值,作出?
g-lna?关系曲线
(3)依据g-lna?关系曲线,求出某一浓度下斜率;1.3.3双电层微分电容;微分电容曲线;已知:q=0时,?=?0,以此为边界条件进行积分,可得:;1.3.4双电层结构;电极溶液界面基本结构;在金属相中,自由电子浓度很大,可达1025mol/dm3,少许剩下电荷在界面集中并不会显著破坏自由电子均匀分布,所以能够认为金属中全部剩下电荷都是紧密分布,金属内部各点电势均相等。;假如溶液总浓度较低,或电极表面电荷密度较小,那么离子热运动作用增强,而静电作用减弱,形成紧密与分散层共存结构。
假如由半导体材料和电解质溶液组成电极体系,那么在固相中,因为载流子浓度较小(约为1017mol/dm3),则剩下电荷分布也将含有一定分散性。;一、双电层结构模型;2.Gouy-Chapman模型(扩散层模型)(1910-1913);3.Stern模型(1924);Stern模型能比很好地反应界面结构真实情况。不过,该模型在推导GCS方程式时作了一些假设:
(1)把离子电荷看成点电荷并假定电荷是连续分布;
(2)假设介质介电常数不随电场强度改变;
(3)只简单地把紧密层描述成厚度不变离子电荷层,忽略了紧密层组成细节及由此引发紧密层结构与性质上特点。
所以,GCS双电层方程式对界面结构描述只能是一个近似、统计平均结果,而不能用作准确计算。;4.Bockris,Devanathan,andMuller(BDM)模型;溶液中离子除了因静电作用而富集在电极/溶液界面外,还可能因为与电极表面短程相互作用而发生物理吸附或化学吸附。这种吸附与电极材料、离子本性及其水化程度相关,被称为特征吸附。
大多数无机阳离子不发生特征吸附,只有极少数水化能较小阳离子,如Tl+,Cs+等离子能发生特征吸附。反之,除了F-离子外,几乎全部无机阴离子都或多或少地发生特征吸附。
有没有特征吸附紧密层结构是有差异。;当电极表面带负电时,双电层溶液一侧剩下电荷由阳离子组成。紧密层将由水偶极层与水化阳离子层串联组成,称为外紧密层。
这些最近溶剂化离子中心位置称为外亥姆荷茨平面(OHP),它厚度为从电极表面处到水化阳离子电荷中心距离。若设x1为第一层水分子层厚度、x2为一个水化阳离子半径,则d=x1+x2.;假如阴离子水化程度较低,阴离子就有可能够溢出水化膜,假如这个阴离子能进行特征吸附话,那它就会取代水偶极层中水分子而直接吸附在电极表面上,这些吸附离子与水偶极子等组成内紧密层。
阴离子电荷中心所在液层称为内亥姆荷茨(IHP)平面。因为