关于CO2的还原的基础理论 一、研究课题的意义与背景 随着工业的高速发展, 地球的生态环境正在遭到严重的破坏, 其中影响最大的就是所谓的温室效应。导致温室效应的最直接原因是二氧化碳在大气中含量的增加。据报导, 目前大气中二氧化碳的浓度约为350 x 10-6” , 而当今全世界每年排放的二氧化碳约20亿吨...
已占有电子的能级最高的轨道称为最高已占轨道，用HOMO表示。未占有电子的能级最低的轨道称为最低未占轨道，用LUMO表示。HOMO、LUMO统称为前线轨道，处在前线轨道上的电子称为前线电子。 前线轨道理论认为：分子中有类似于单个原子的“价电子”的电子存在，分子的价电子就是前线电子，因此在分子之间的化学反应过程中，最先作用的分子轨道是前线轨道，起关键作用的电子是前线电子。 这是因为分子的HOMO对其电子的束缚较为松弛，具有电子给予体的性质，而LUMO则对电子的亲和力较强，具有电子接受体的性质，这两种轨道最易互相作用，在化学反应过程中起着极其重要作用。 先说明下,LUMO/HOMO理论与氧化还原理论是两套不同的体系,分别从不同角度来解释事实.氧化还原能力一般用氧化电位或还原电位来评价. 我们知道,发生氧化反应的时候,氧化剂得到电子,也就是LUMO轨道被充满(U即Unoccupied, 意思是占未据的,表明可以填充电子), LUMO轨道的能量越低,越有利于电子填充上去(往高能级上去,需要激发的能量较低 氧化性越强),也就是说LUMO能量越低,分子作为氧化剂的的氧化能力越强,用电极电位的话来说就是氧化电位越高(氧化其它物质). 相反地,还原反应的时候,还原剂给出电子,它们的HOMO轨道上的电子失去(第一个O即Occupied,意思是已被电子占据了的).HOMO轨道能级越高,越有利于丢掉这个电子,其还原能力也就越强,也就是电位越负. 简单的说,LUMO是可以接受电子的轨道,能量越低越有利人家填充进来,氧化能力越强(氧化剂反应中得电子,氧化能力越强的电位越正/高),HOMO是可以失去电子的轨道,能量越高越有利于把电子丢给别人(电子丢给LUMO的时候,...
选刊一直是困扰很多第一次写文章以及写文章不多的同学的大问题。决定往一个期刊投稿，需要针对性的格式、内容修改，投稿周期短则几周长则几个月耗着。尤其是急等着论文毕业同学尤其着急。 材料人为此推出选刊攻略系列视频。本次邀请了赵博士录制了一段近40分钟的以催化方向为主的选刊攻略视频，并涉及了催化、化学、材料、能源、电化学方面的期刊特点。 主讲人基本情况 赵博士，中科院博士毕业，日本JSPS特别研究员、德国洪堡学者获得者，发表AM、JACS、JMCA 等SCI学术论文50余篇。 视频主要内容 以下是视频讲解的PPT内容 如想看到这个攻略视频，请点击链接https://m.qlchat.com/topic/details?topicId=2000000729090191 来源：http://www.cailiaoniu.com/123705.html
2017年转眼就过去了，在过去的这一年中各个研究方向发展非常的迅猛。今天，孔道君把目光放在导电MOF，COF材料上。对于一个材料，你每赋予它一个新的功能和特性，它就能在应用领域打开一片天地。 金属有机框架化合物（MOF）或者共价有机框架化合物（COF）具有很多优异的性质。比如其具有较大的比表面积，可调的孔径结构；在气体吸附分离，药物的可控释放，催化等领域都有应用前景。另一方面，材料学家也将MOF作为一种金属前驱体分散的方法，将MOF用于功能化的炭材料，或者单原子催化剂的合成中去，也取得很多研究成果。 科学家们在想具有巨大比表面积的MOF如果能结合导电的特性，那么MOF材料必将能在电化学领域打开一片领域。 今年年初，一篇论文（DOI: 10.1038/NMAT4766）将导电的MOF应用到超级电容器当中。 结构信息： 在这篇论文中，作者首先合成了一种导电的MOF材料，Ni3(HITP)2。从材料的结构示意图来 看，该MOF材料的孔径是1.5 nm，被四个氨基配位的Ni是一个共轭的共平面结构，配体具有一个离域的大π键，这种结构能够保证电子的传输，因此具有导电性能。Ni3(HITP)2的比表面积为630 m2/g，在MOF材料中并不算高，不过其导电的特性却是其他MOF材料无法比拟的。 其实该MOF的合成，早在2014年就已经报到出来了（J....
1. 为什么要选择三电极体系？ 电解或电池体系都是二电极体系，只有正负极，那为什么在电化学测试过程中要选择三电极体系呢？其原因是在电化学测试过程中，我们需要研究的是单个电极（即工作电极），如果选择二电极体系 ，那我们就默认把对电极（又称为辅助电极）作为参考（一般所说的电极电势都是相对电极电势），而事实上一旦体系中有电流通过，对电极就会发生极化，导致电位的变化，这样工作电极所测到的电位就不准了。那有人会问了：选择可逆性高的电极作为对电极不就行了吗？确实，如果有理想可逆电极的话或许可以，但现实是一般选用的参比电极只能在电流很小的情况下才是可逆的，而且二电极体系还存在电流流过时溶液电压降的问题，因此三电极体系显然是首选。那么三电极体系的原理是什么呢？见下图1。工作电极和对电极构成回路，对电极只是起到电流导通的作用，而参比电极用来作为测量或施加工作电极电位的基准，因此工作电极的电位也就是相对于参比电极的电势了。 如上所述，三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极，那么它们的选择标准又是什么呢？下面我们就来详细谈一谈。 2. 工作电极 一般的工作电极需满足以下三个条件： ①所研究的电化学反应不会因电极自身所发生的反应而受到影响，并且能够在较大的电位区域中进行测定。 ②电极必须不与溶剂或电解液组分发生反应。 ③电极面积不宜太大，电极表面最好是均一平滑，且能够通过简单的方法进行表面净化。...
前言 电化学可定义为：研究电子导电相和离子导电相之间的界面上所发生的界面现象的科学。近代电化学主要侧重于两类导体的界面(Interface)性质及界面上所发生变化的研究。电化学的发展可谓迅速，常见的基本模型有原电池和电解池（关于电化学一些较简单的基本原理，我们在这里就不多做介绍了，大家可以自行在常见的物理化学书中学习，我们尽量分享一些实用的信息）。虽然电化学中未知的还有太多，但它的基本理论和定律大都已经得到了证实，那么电化学已经应用的领域或具有应用前景的领域有哪些呢？ 一、电解和电合成 氯碱工业：氯碱工业是世界上最大的电化学工业，它是通过电解食盐水，从而获得氯气和苛性钠的过程。氯气用于制备氯乙烯，进而合成得到 PVC，还可用作纸浆及纸的漂白剂和杀菌剂。 电解铝：电解铝就是通过电解得到纯度较高的铝。现代电解铝工业生产采用冰晶石-氧化铝融盐电解法。熔融冰晶石是溶剂，氧化铝作为溶质，以碳素体作为阳极，铝液作为阴极，通入强大的直流电后，在950℃-970℃下，在电解槽内的两极上进行电化学反应，即电解。 电解水：工业上H2和O2的生产还不是以电解水为主要途径，生产H2主要是水煤气或甲烷转化，生产O2主要是液态空气分馏法，虽然电解水需要消耗大量的电能，但是其潜力是巨大的，随着太阳能等可持续能源的利用，光解水也是一大趋势，特别是燃料电池的发展，电解水储存能量也成为了重要的发展趋势，电解水生产的气体纯度几乎是100%，可以有效防止燃料电池使用氢气作为燃料时的中毒。 电合成：也叫电化学合成，它有如下优点：以电为还原剂，不引入杂质，因而产品的纯度高；还原反应一步完成，工艺简单、产率高；设备简单，投资少；对反应中间过程可控。最近逐步兴起的有电合成有机物，电化学合成纳米颗粒，电化学剥离石墨合成石墨烯，电聚合形成聚苯胺等等。...
前言 一般认为，电化学属于物理化学（二级学科）的三级学科，早期的电化学（20世纪40年代以前）研究主要集中在电化学热力学和电化学两相界面的模型上面，如经典的能斯特方程和双电层模型，20世纪40年代后随着电化学的发展越来越接近实际应用，电化学反应动力学逐渐引起了广泛的关注，特别是电源、腐蚀科学开始在军用民用方面的大规模应用。而随着社会的发展和不可再生资源的消耗，能源和环境问题日益成为大家关注的焦点，也正是在这样的环境下，电催化越来越受到人们的关注。 无论是从事电化学的研究，还是利用电化学作为表征或工具，都需要对电化学的基本知识进行了解，那就需要有一些相对经典和实用的书籍，在掌握大学物理化学中的电化学热力学部分的基础上，以下书籍应该对从事电化学相关的研究有所帮助. 1. 侧重电化学理论书籍 A. 李荻主编《电化学原理》 李荻主编，北京航空航天大学出版社出版。经典的电化学丛书之一，相对来说通俗易懂，本书主要介绍了 1. 电化学热力学，2....
前言： 应众多朋友的要求，研之成理推出电化学基础知识专栏，将一些常规的基础知识跟大家做些分享。今天主要分享电化学的发展历程，后面会陆续推出更多更实用的电化学基础知识，敬请期待。 对于从事与电化学相关的科研人员来说，了解电化学的发展是至关重要的，因为只有了解它的起源和前人已经取得的成果，才能对电化学的研究方向有所把握，也才能让经过时间检验的电化学“定律”为我所用，并且用的合适恰当，从而取得科研上的突破。 电化学的发展 A. 电化学现象的发现 电化学现象的发现源于很偶然的事例。Galvani在1791年做青蛙解剖实验，他的助手用外科手术刀的刀尖触及青蛙的脚杆神经时，发现青蛙四肢的肌肉发生剧烈的收缩，陷入僵硬性的痉挛中。当时得出的结论是生物学与电化学之间有一种“深奥的联系”。这是最早发现的电化学事例。今天医学上的电疗法、心电图等研究，都发源于此。为了纪念他的贡献，在英文里把检流计称为galvanometer，金属镀锌的程序成为galvanizing。 1799年，意大利物理学家伏打（Volta）发明了第一个化学电源。他把许多对圆形的银片和锌片相间地叠起来，每一对银锌片之间放上一块用盐水浸湿的麻布片，这时只要用两条金属线分别与顶面上的锌片和底面上的银片焊接，两金属端点就会产生点烟。金属片对数越多，电子越强。人类第一次获得了可供实用的持续电流。在直流电机发明以前，化学电源是唯一能提供稳定电流的电源。为纪念他的伟大成就，科学界将他的姓简化成电压的单位Volt（伏特）。1800年，Nichoson利用伏打电堆电解水溶液时，发现两个电极上均有气体析出。这是电解水的第一次尝试。（至今人们对于HER和OER的探索还在继续）。1803年戴维用电解法成功得到金属钾和金属钠，利用电化学法得到活泼金属单质成为可能。 以上这些都是早期的电化学事例，电化学处于刚刚起步的阶段，人们只观察到了电化学现象，并没有对电化学的机理有所深入。 B....
金属氧化物的电化学面积： 为了评估氧化物的真实催化性能，必须先得到电极的真实面积。对于金属氧化物，显然无法利用氢区去估算其电化学面积。为了得到金属氧化物的真实面积，利用双电层电容计算粗糙度。实验中常采用CV法计算双电层电容。 具体原理如下：在线性电位扫描过程中，电极上的电流由两部分组成，见式（1）：一部分是用于双电层的充放电的电流 ic，这部分电流也称为非法拉第电流；另一部分用于电化学反应，称为法拉第电流 if。 双电层充放电电流 ic包括两部分，见式（2）：一部分是当电极电位发生变化时，对双电层充放电，进而改变电极/溶液界面的荷电状态，即（2）中第一项；另一部分是电容 Cdl发生变化时，引起的双电层电流的改变，即（2）中的第二项。当进行线性扫描时，由于扫描速率是恒定的，故在电势扫描过程中 ic≠0。...
科学是一个无限趋近于真理的渐进过程，其核心是模型的构建。这篇文章想介绍电化学中一个很优雅的概念，并阐释这个概念如何通过建立模型而不断完善。 这个概念叫做： 双电层（electrical double layer） 假设，将一个金属片放进电解液中，那么会发生什么呢？更准确地描述是： 在电极与电解液的界面处，物质与电荷的分布状态是怎样的？ （1）Helmholtz模型 首先，亥姆赫兹（Helmholtz）试图探究这个问题，他建立了一个模型，我们简称其为H模型，其核心思想是： 相反的电荷等量分布于界面两侧。...
有效比表面统一为能够有效和电解质接触的表面，其大小即为有效比表面积。前面介绍到，双电层电容的大小与材料的有效比表面积有关。材料的比表面积是其孔性质的一个表现。材料的孔结构和比表面积的相关测试可以参考公众号之前的文章（那些年我们一直纠结的BET | 来，干了这碗BET | 真理无孔不入——微孔大孔材料结构的分析方法 | 知识的搬运工——气体吸脱附实验细节 | 如何一步一步处理BET(N2吸脱附)的原始实验数据）。研究孔大小对于材料的电容的影响具有重要意义。 电池是将能量储存到化学键当中，而电容器却是依靠电解质离子和电极表面的静电分离来储存能量。电容器有各种不同的电解质体系，不同的电解液具有不同的电压窗口，不同电极材料亲和能力，不同的电解质其离子半径也不同。一些常用电解质的离子半径。(数据整理自：https://world-science.ru/en/article/view?id=31409；...
1. 引言 电化学工作站的本质是用于控制和监测电化学池电流和电位以及其它电化学参数变化的仪器装置。电化学测试体系中使用的最多的是三电极测试体系，如下图所示，三个电极中包含有：工作电极，参比电极，辅助电极。但是在我们购买的电化学工作站中，有的电化学工作站有4个接线头，有的有六个接线头，这些接头究竟各自分别有什么作用，在不同测试体系中该如何连接这些接头呢？ 图1 和PC连接的电化学工作站，一般应用于三电极测试体系 2. 四接头电化学工作站 图2 四电极测试体系多见于一些电池测试系统...
背景介绍： 电解水是一种将电能转化为化学能的有效手段。电解水在阳极发生水氧化反应（OER）生成氧气，在阴极发生还原反应产生氢气（HER）。其中OER反应的过程需要转移4e-，是一个动力学很缓慢的过程，需要施加很高的过电压（overpotential）才能驱动反应的发生。在OER反应中，催化剂引入有助于降低过电位，从而提高能源的转化效率。在碱性条件下，NiFeOxHy被认为是OER活性最高的电催化剂。早在二十世纪九十年代，Corrigan发现在氧化后的Ni薄膜中加少量的Fe能够极大的提高催化剂的活性。掺杂Fe后的Ni(OH)2会出现两个很明显的现象：Ni(OH)2/NiOOH的氧化还原峰会向正电位偏移；催化剂的活性会显著的提高。