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文档摘要

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利用Comsol计算界面双电层

武汉大学

陈胜利实验室

电化学界面

电化学界面存在电势分布和物质的浓度梯度。

电化学反应会改变这些分布。

这些分布对于界面的电化学过程发生影响。

平衡态

空间电势分布会影响到带电粒子的分布。带电粒子的不均匀分布引起电荷聚集，从而改变空间电势分布

玻尔兹曼分布。

为物种i的浓度；为该物质在溶液本体的浓度；Zi为其电荷数；

Poisson方程：

其中为空间总电荷密度，ε0为真空介电常数，ε为介质的相对介电常数

利用Comsol的局域变量功能可以简单地对不连续界面现象，例如界面双电层的介电常数变化等进行描述和研究。

Nation-水界面的电势分布：

动态双电层

电化学反应对物质浓度分布的影响

流量

稳态下

电极表面

纳米球电极

半径为1nm的电极上-1价和+1价离子的单电子还原反应的极化曲线。反应物浓度为5mM,溶液当中存在浓度为0.5M的1-1型支持电解质。k0=1.0cm/s,D=1?10-5cm/s2,?=?=0.5，反应平衡电势等于电极-溶液界面的零电荷电势。

纳米盘电极

电势分布

浓度分布

隧道效应和反应速率常数的变化

近似考虑反应速率常数变化的电化学极化曲线