钛电极学导论PDF电子书下载

第一篇 电催化科学 1

第1章 电催化科学概论 1

1.1电催化理论 1

1.1.1电催化 1

1.1.2电催化与化学催化 2

1.1.3电催化剂 3

1.1.4电催化作用 3

1.1.5电催化类型 4

1.1.6电催化性能影响因素 5

1.1.7电催化性能评价方法 7

1.2金属电极的电催化 13

1.2.1金属电极的交换电流密度 13

1.2.2电催化反应 15

1.3涂层钛电极的电催化 17

1.3.1单个铂族金属氧化物电极的电催化活性 17

1.3.2二元铂族金属氧化物电极的电催化活性 20

1.3.3多元铂族金属氧化物电极的电催化活性 25

1.3.4IrO2·Ta2O5涂层钛电极的电催化活性 31

1.4化学修饰电极的电催化 35

1.4.1化学修饰电极发展史 36

1.4.2化学修饰电极的制备 37

1.4.3化学修饰电极电催化 41

1.4.4化学修饰电极电催化过程机制 41

1.4.5化学修饰电极电催化类型 43

1.4.6化学修饰电极电催化原理及影响因素 44

1.4.7化学修饰电极的研究 46

1.4.8化学修饰电极在燃料电池的应用 48

1.5有机电合成的电催化 51

1.5.1有机电合成发展史 51

1.5.2有机电合成的特征 53

1.5.3有机电合成的电催化反应 55

1.5.4电极材料对有机电合成反应的作用 56

1.5.5有机电合成用涂层钛阳极 59

1.5.6有机电合成用化学修饰电极 66

1.5.7有机电合成中用Ti／PbO2电极 69

1.5.8有机电合成用石墨电极 72

1.5.9有机电合成用铅基合金电极 74

1.5.10有机电合成用铂电极 76

参考文献 78

第2章 电催化氧化法处理废水 79

2.1水的污染 79

2.2电催化氧化法处理废水 82

2.3电化学法处理废水原理 86

2.3.1直接电解 87

2.3.2间接电解 90

2.4电极材料对电解法处理废水的作用 93

2.4.1电极材料的选择 93

2.4.2提高电催化氧化降解速率的措施 94

2.4.3不同催化能力的电极与有机污染物在电极上氧化历程的关系 95

2.5电催化氧化法处理废水实例 98

2.5.1有机废水的降解处理 98

2.5.2氧化物电极电催化降解有机污染物 100

2.5.3电催化法处理芳香化合物废水 103

2.5.4电化学法处理苯酚废水 104

2.5.5电解法处理萘酚废液 116

2.5.6Ti／IrO2·Ta2O5-石墨电芬顿降解硝基酚 116

2.5.7电催化降解硝基苯 117

2.5.8电催化氧化降解苯胺 118

2.5.9电催化降解1，4-苯醌 120

2.5.10电解处理含醇废水 121

2.5.11印染废水处理 121

2.5.12电催化氧化法处理垃圾渗滤液 135

2.5.13粪便污水的处理 141

2.5.14含油废水的处理 142

2.5.15工厂矿山含氰废水的处理 144

2.5.16电解法从废水中回收有用金属 146

2.5.17电渗析法处理废水 151

2.5.18动物制药废水的电解降解 153

2.5.19电催化氧化法处理化肥厂外排废水 154

2.5.20电解法处理酵母废水 155

2.5.21废水的脱氮处理 155

2.5.22选矿药剂生产废水的处理 156

2.5.23墨水生产的污水处理 156

2.5.24医院污水处理 156

2.5.25餐饮废水的处理 156

2.5.26电极-生物滤池法处理城市污水 157

2.5.27电解法处理回用水 157

2.5.28电化学法降解棉浆黑液 158

参考文献 159

第二篇 电极学 163

第3章 电极学基础 163

3.1电化学发展史 163

3.2电化学和电极学 164

3.3电极和电极反应 166

3.3.1可逆电极 166

3.3.2多重电极 167

3.3.3金属电极 167

3.3.4氧化还原电极（简称氧还电极） 167

3.3.5气体电极 168

3.3.6参比电极 168

3.3.7玻璃电极 168

3.3.8离子选择电极 169

3.4电动势 170

3.5电极电位 172

3.5.1铜-锌自发电池 172

3.5.2电极电位的产生 172

3.5.3平衡电极电位 174

3.5.4电极电位的测定 189

参考文献 191

第4章 电极反应热力学 192

4.1金属电极反应热力学 192

4.2电化学反应热力学 193

参考文献 197

第5章 电极过程动力学 198

5.1电极与溶液界面的性质 198

5.1.1电极与溶液界面的电位差 198

5.1.2双电层结构模型 200

5.1.3零电荷电位 201

5.1.4电毛细现象 201

5.1.5双电层的微分电容 203

5.2电极的极化 203

5.2.1电化学极化 204

5.2.2浓度极化 205

5.3电极过程及过程速度控制步骤 206

5.3.1电极过程 206

5.3.2电极过程的特征 207

5.3.3电极过程速度表示的方法 207

5.3.4电极过程速度控制步骤 207

5.4电极反应级数 208

5.5气体电极过程 211

5.5.1氢电极过程 211

5.5.2氧电极过程 212

5.5.3氯电极过程 214

5.6金属电极过程 215

5.6.1金属阴极过程 216

5.6.2金属阳极过程 218

5.7半导体电极过程 221

5.7.1半导体电极特点 221

5.7.2半导体电极上氧化还原反应 222

参考文献 224

第6章 电极反应工程学 225

6.1电极在电极反应中的作用 225

6.2电极反应工程生产中主要技术经济指标 228

6.2.1电流效率 228

6.2.2电化学反应器工作电压 230

6.2.3直流电耗 231

6.3电解工程对电极材料的要求 231

6.4气泡效应 235

6.4.1电极析气对溶液电导率的影响 236

6.4.2析气电极的电流分布 236

6.5电极表面的电位及电流分布 236

6.5.1一次电流分布 237

6.5.2二次电流分布 237

6.5.3三次电流分布 238

6.6工业电解槽 238

6.6.1电解槽的分类 238

6.6.2电解槽的连接与组合 243

6.7工业电解用电极 245

6.7.1石墨电极 245

6.7.2铅及铅基合金电极 248

6.7.3反应性金属电极 254

6.7.4SPE复合电极 257

6.7.5金刚石膜电极 259

6.7.6气体扩散电极 263

6.7.7使用金属氧化物电极的电化学电容器 264

6.7.8酶电极 265

6.7.9分子修饰半导体电极 265

6.7.10充填式电极 266

6.7.11粒子床电极 267

6.7.12旋转圆筒电极 268

6.7.13三维电极 269

6.7.14填充床电极 269

6.7.15流动床电极 270

6.7.16回流床电极 270

6.7.17金属-炭复合电极 271

6.7.18陶瓷电极 271

参考文献 272

第三篇 钛电极工学 273

第7章 钛电极发展历史 273

7.1金属电极的发展史 274

7.2钛阳极的40年 275

7.2.1钛阳极在氯碱生产中的应用 277

7.2.2其他析氯电解用钛阳极 278

7.2.3析氧电解用钛阳极 279

参考文献 281

第8章 涂层钛电极的优点及其制造工艺 282

8.1涂层钛电极的优点 282

8.2钛阳极制造工艺过程 283

8.2.1基体金属的选用 283

8.2.2阳极几何结构形状的合理设计 284

8.2.3阳极基体的焊接加工 284

8.2.4去油污 285

8.2.5酸蚀刻 285

8.2.6涂液的配制 286

8.2.7涂敷涂层 287

参考文献 288

第9章 钛的化学 289

9.1钛的发现 289

9.2钛的性质 290

9.2.1物理性质 290

9.2.2化学性质 292

9.2.3机械加工性能 294

9.2.4耐腐蚀性能 296

9.3钛的化合物 306

9.3.1钛的氧化物 306

9.3.2钛的氯化物 309

9.3.3其他化合物 310

9.4钛的生产 311

参考文献 314

第10章 铂族元素化学 315

10.1钌的化学 315

10.1.1钌的电极电位及氧化态 315

10.1.2钌的化合物 316

10.2铑的化学 317

10.2.1铑的电极电位及氧化态 317

10.2.2铑的化合物 317

10.3钯的化学 318

10.3.1钯的电极电位及氧化态 318

10.3.2钯的化合物 318

10.4铱的化学 320

10.4.1铱的电极电位及氧化态 320

10.4.2铱的化合物 320

参考文献 321

第11章 其他元素化学 322

11.1钽与铌的化学 322

11.1.1铌、钽的物理性质 322

11.1.2铌、钽的化学性质 322

11.1.3铌、钽的化合物 323

11.2锆与铪的化学 324

11.2.1锆、铪的物理性质 324

11.2.2锆、铪的化学性质 325

11.2.3锆、铪的重要化合物 326

参考文献 327

第12章 钛基涂层电极 328

12.1钛基二氧化锰电极（Ti／MnO2） 328

12.1.1钛基二氧化锰涂层电极的制备方法 328

12.1.2二氧化锰涂层的特性 329

12.1.3Ti／MnO2电极的研究 332

12.1.4Ti／MnO2电极的应用 340

12.2钛基二氧化铅电极（Ti／PbO2） 342

12.2.1二氧化铅电极的发展 342

12.2.2二氧化铅电极早期的改进 343

12.2.3新型钛基二氧化铅电极 345

12.2.4新型钛基二氧化铅电极的制备 350

12.2.5新型钛基二氧化铅电极的特性 351

12.2.6二氧化铅电极的优越性 353

12.2.7使用二氧化铅电极的注意事项 354

12.2.8二氧化铅电极的应用 354

12.2.9二氧化铅电极的研究 357

12.3钛基氧化钨电极（Ti／WO3） 364

12.4金属氧化物涂层钛电极 365

参考文献 365

第13章 金属氧化物涂层钛电极 367

13.1钌系涂层钛电极（析氯电极） 367

13.1.1钌钛涂层配方 367

13.1.2钌钛涂层钛阳极工作原理 368

13.1.3钌钛涂层钛阳极的失效原因 371

13.1.4钌钛涂层的改进 376

13.1.5钌系涂层钛电极的研究 381

13.2非钌系涂层钛电极 396

13.2.1锡锑氧化物涂层 396

13.2.2钴尖晶石涂层 402

13.2.3钯氧化物涂层 403

13.3铱系涂层钛电极（析氧电极） 405

13.3.1涂层钛阳极析氧反应机理 405

13.3.2金属氧化物电极析氧电催化理论 407

13.3.3氧化铱涂层 411

13.3.4铱钴涂层 413

13.3.5铱锡涂层 414

13.3.6铱铌涂层 416

13.3.7铱钌钛涂层 417

13.3.8铱钌钯钛涂层 417

13.4IrO2·Ta2O5涂层钛电极 421

13.4.1最佳析氧涂层钛电极 421

13.4.2IrTa涂层钛电极的制备 425

13.4.3IrTa涂层钛电极的研究 442

13.4.4IrTa涂层钛电极恶化的原因 447

13.4.5IrTa涂层钛阳极的应用 456

13.4.6铱钽锡涂层 462

13.4.7铱钽锰涂层 464

13.4.8铱钽钴涂层 466

13.4.9铱钽铂涂层 466

13.4.10铱钽钛涂层 467

参考文献 469

第14章 纳米涂层钛电极 473

14.1纳米科学技术 473

14.2纳米材料制备方法 474

14.2.1气相法制备纳米材料 474

14.2.2液相法制备纳米材料 474

14.2.3固相法制备纳米材料 479

14.3金属氧化物纳米涂层钛电极的制备 480

14.3.1一元纳米晶金属氧化物涂层 480

14.3.2二元纳米晶金属氧化物涂层 487

14.3.3三元纳米晶金属氧化物涂层 495

14.3.4多元纳米晶金属氧化物涂层 496

参考文献 501

第15章 钛电极测试方法 503

15.1物理测试法 503

15.1.1电极涂层表面形貌表征 503

15.1.2电极涂层组分分析 503

15.1.3活性涂层剖面分析 503

15.1.4活性涂层纳米晶体分析 503

15.1.5X射线衍射结构分析（XRD） 503

15.1.6光电子能谱分析（XPS） 504

15.1.7Raman散射光谱分析 504

15.1.8X射线荧光分析（XRF） 504

15.1.9热重分析（TG） 504

15.1.10涂层中钌含量的测定 504

15.1.11阳极涂层电导类型的测量 505

15.1.12阳极活性涂层电阻的测量 505

15.2强化寿命试验法 506

15.2.1涂层钛阳极工作寿命的预测 506

15.2.2强化寿命试验法 509

15.3钛电极电化学研究方法 511

15.3.1稳态和暂态 511

15.3.2极化曲线 512

15.3.3循环伏安法 532

15.3.4交流阻抗法 533

15.3.5阳极涂层表面积的测定 539

参考文献 540

第16章 涂层钛阳极的应用 541

16.1氯碱工业 542

16.1.1氯碱生产工艺 542

16.1.2盐水电解主要反应 548

16.1.3涂层钛阳极 550

16.1.4新烧碱生产技术 551

16.1.5金属阳极涂层技术指标 552

16.2将副产物硫酸钠回收成硫酸和烧碱 552

16.3氯酸盐生产 553

16.4次氯酸盐生产 555

16.4.1电解法制造次氯酸钠的原理 556

16.4.2次氯酸钠发生器 556

16.4.3次氯酸钠发生器用电极材料 558

16.4.4次氯酸钠发生器的应用 558

16.5高氯酸盐生产 559

16.6过硫酸盐电解 560

16.7重铬酸制备 561

16.7.1电极的制备 562

16.7.2Cr3+电化学氧化生成Cr2O72-的机理 562

16.7.3不同阳极下的极化曲线 563

16.7.4Ti／SnO2·Sb2O3／PbO2和PbO2阳极的抗腐蚀性 563

16.7.5超声对Cr3+电化学氧化过程瞬时电流效率的影响 563

16.8电解法制备过氧化氢 564

16.8.1电解法制过氧化氢的基本原理 564

16.8.2生产过氧化氢的生产工艺 565

16.9有机电合成 565

16.10水电解 565

16.11电解功能水 567

16.11.1电位-pH图和活性化学物质的关系 567

16.11.2电极材料的选择 568

16.11.3电解功能水 569

16.12电解杀菌处理水 570

16.12.1间接杀菌 570

16.12.2直接杀菌 570

16.13臭氧的制取 573

16.13.1电生臭氧用阳极材料 574

16.13.2支持电解质对臭氧生成的影响 575

16.13.3臭氧生成与高分子固体电解质 575

16.13.4电生臭氧在水处理中的应用 575

16.14电解法制取离子水（碱性离子水、酸性离子水） 576

16.14.1离子水生成装置 577

16.14.2离子水生成原理及应用 577

16.15二氧化氯的制取 578

16.16水处理 580

16.16.1生活用水和食品用具的消毒 580

16.16.2高层建筑水箱水处理 580

16.17工业用水的处理 581

16.17.1电子水处理器 581

16.17.2发电厂冷却循环水的处理 582

16.17.3化工厂冷却循环水的处理 582

16.18电解法处理废水 582

16.19电解提取有色金属 583

16.19.1氯化物溶液电解提取金属 583

16.19.2硫酸盐溶液电解提取金属 584

16.19.3氯化物硫酸盐混合溶液电解提取金属 587

16.19.4氨络合物体系电积镍 588

16.19.5电催化浸出硫化锌精矿新工艺 589

16.20电解银催化剂的生产 589

16.21人造金刚石生产中回收镍、钴、锰 590

16.21.1人造金刚石生产概述 590

16.21.2从人造金刚石触媒酸洗废液中回收镍、钴、锰 591

16.21.3膜电解法回收人造金刚石废水中的镍 592

16.21.4人造金刚石生产废水的回收处理 593

16.22电溶解法回收废残WC-Co硬质合金 595

16.23二氧化锰生产 596

16.23.1石墨阳极 597

16.23.2纯钛阳极 597

16.23.3钛合金阳极 597

16.23.4涂层钛阳极 598

16.23.5钛系列阳极在EMD生产中各项指标对比 598

16.24废旧电池回收处理 599

16.25蓄电池生产 600

16.26电解制造铜箔 601

16.26.1电解铜箔分类 601

16.26.2铜箔产业发展史 601

16.26.3我国铜箔行业现状 601

16.26.4印刷电路板行业与铜箔产业的关系 603

16.26.5电解铜箔发展趋势 605

16.26.6电解铜箔生产工艺 606

16.26.7电解铜箔生产用钛阳极 610

16.27铝箔电化成 614

16.28生产负极箔 615

16.29钢板镀锌 615

16.29.1铅阳极 616

16.29.2钛阳极 617

16.30钢板镀锡 620

16.31三价铬电镀 622

16.31.1电镀三价铬的环保意义 622

16.31.2镀铬历史 623

16.31.3三价铬镀铬特点 624

16.31.4氯化物体系电镀三价铬 625

16.31.5硫酸盐体系电镀三价铬 628

16.31.6三价铬镀铬的研究 635

16.32镀铬 643

16.33镀铜 645

16.33.1IrO2·SnO2·Pd涂层电极的阳极特性 645

16.33.2IrO2·SnO2·Pd涂层电极在酸性CuSO4溶液中的工业化应用 646

16.34镍包钢滚镀生产 647

16.35镀金 648

16.35.1亚硫酸盐镀金 648

16.35.2低氰化物镀金 648

16.35.3氰化物镀金 649

16.36镀铑 649

16.37镀钯 650

16.38镀钌 651

16.39镀铱和铱铂 652

16.40阴极保护 653

16.40.1阴极保护工作意义 653

16.40.2阴极保护原理 653

16.40.3地下金属结构物阴极保护用阳极 655

16.40.4船舶阴极保护用阳极 659

16.40.5海水钢结构物阴极保护用IrTaTi涂层阳极 661

16.40.6海水电解抗Mn 2+离子污染用金属氧化物电极 662

16.40.7电化学法除掉海水中附着的海洋生物用Ti／Pt／IrTa涂层电极 664

16.40.8建筑物钢筋混凝土的阴极保护用Ti／RuTiSnMn涂层电极 665

16.40.9土壤阴极保护用RuTiIrZr纳米涂层钛电极 666

16.40.10阴极保护应用辅助电极实例 667

16.41电渗析法淡化海水 667

16.42电渗析法制取四甲基氢氧化铵 668

16.43电渗析法从硫酸盐法云杉浆黑液中回收碱 668

16.44熔融盐电解 668

16.45钛基金属氧化物涂层pH值电极 669

16.46印刷业用PS版生产 670

16.47电磁推进船用电极 670

参考文献 670

第17章 废旧钛电极的修复 676

17.1熔盐法 677

17.2硫酸电解法 677

17.3化学浸渍法 678

17.4次氯酸钠电解法 679

17.5盐酸煮沸法 679

17.6硫酸煮沸法 679

17.7机械法 679

参考文献 679

第18章 铂（钛镀铂、烧结铂、烧结铂铱合金）电极 681

18.1铂的化学 681

18.1.1铂的发现 681

18.1.2铂的物理性质 681

18.1.3铂的化学性质 681

18.1.4铂的电极电位及氧化态 683

18.1.5铂的化合物 683

18.2铂电极（Pt） 684

18.2.1指示电极适用范围 685

18.2.2有机电合成用铂电极 685

18.2.3阴极保护 685

18.2.4高氯酸盐生产 686

18.2.5海水电解 686

18.2.6水电解 686

18.3铂复合电极 687

18.3.1铂复合方法 687

18.3.2铂复合用电极基体材料 688

18.3.3钛镀铂电极 689

18.3.4钛涂铂电极 690

18.3.5钛包铂电极 690

18.3.6冶金加工复合铂 690

18.3.7磁控溅射 691

18.3.8化学气相沉积 691

18.3.9复合电沉积Ti／Pt-ZrO2电极 692

18.4钛镀铂电极（Ti／Pt（E）） 694

18.4.1钛镀铂电极制造工艺 694

18.4.2钛镀铂电极特性 697

18.4.3钛镀铂电极的应用 701

18.5烧结铂电极（Ti／Pt（T）） 707

18.5.1烧结铂电极的研究 708

18.5.2烧结铂电极的测试 709

18.5.3烧结铂电极的应用 712

18.5.4新一代烧结铂电极 713

18.6烧结铂铱合金电极（Ti／PtIr（T）） 715

18.6.1烧结铂铱合金电极的研究 715

18.6.2烧结铂铱合金电极的应用 716

参考文献 719

附录 721

相关名词术语缩写 721