电极学

电极，一般情况下，仅指电子导体或电于导体材料，如铂电极、石墨电极。

有时候，说到某种电极时，指的是电极反应或整个电极系统(包括离子导体)，而不只是指电子导体材料，如参比电极。

若按电位高低区分电极，则电位较高的电极称为正极，电位较低的电极则称为负极。若按电极上发生的反应区分电极，则发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极称为阴极。在电解槽中，正极即阳极，负极即阴极，在化学电源中，在工作状态下(放电时)负极是阳极，正极则是阴极；而在充电时，正极成为阳极，负极则为阴极。为了避免混淆，化学电源的电极，宜分别称为正极和负极。

在电化学体系中伴随着两个非同类导体之间的电荷转移而在两相界面上发生的化学反应，称为电极反应。

无电流通过时的电极电位，统称静态电位：有电流通过时的电极电位，统称动态电位。

当电流通过电极时，电极电位偏离平衡电极电位(甲。)的现象，称为电极的极化。平衡电极电位是电极上无电流通过时，处于平衡状态下的一种电位。当有外电流通过电极时，电极原来的平衡状态就被破坏，因为电极电位就向着偏离平衡电位的方向变动，即发生了电极的极化。

阳极上发生极化时，阳极的电极电位总是变得比平衡电极电位还正，即电极电位向正的方向移动，叫做阳极极化；阴极上发生极化时，阴极的电极电位总是要变得比平衡电极电位更负些，即电极电位向负的方向移动，称之为阴极极化。

电极学体系由下面几个部分组成：

（1）反应物和离子化物质或有助于离子化作用的物质，它们提供了电流的通路。体系的这一部分是电的离子导体（第二类导体），称为电解质。

（2）与电解质相接触的两块金属板，它们和反应物产生电子交换。并把电子转移到外电路，或从外电路转移电子进来，这些金属板称为电极。

（3）联结电极并保证电流在两极间通过的金属导体（第一类导体），叫做外电路。

任何金属都是由排列整齐的金属正离子及在其间半自由流动着的电子所组成。在一般情况下，金属在空气中是稳定的，组成它的金属正离子不会离开金属表面而逸出。但一旦把金属置于电解质溶液中时，在金属与溶液的界面上就要发生粒子的交换而使金属具备了电化学的某种特性，此时，即称该金属为“某电极”。换句话说，任何金属在电解质溶液中都成为电极。

可见，一种金属放在它的盐溶液中时，当金属与溶液间的阳离子交换达到平衡时，在金属与溶液的界面间必然形成一定结构的双电层，产生一定的电位差，此电位差就称为该金属在它的盐溶液中的电极电位。

《钛电极反应工程学》分成两部分。第一部分讲述电极反应工程学。第二部分讲述一种新型高效节能电极材料——钛电极的制造及应用。《钛电极反应工程学》适用从事电极研究，尤其从事钛电极研究、生产和使用的工程技术人员阅读，也可以供高等院校师生教学使用和参考。希望《钛电极反应工程学》的出版能对国内钛电极事业的进步和发展有一定的帮助。现代工业的发展，要求电极科学技术的不断创新，而电极材料和电极反应工程学科的进步，又有力地支持了现代工业的发展，同时也使学科的理论进一步得到完善。钛电极诞生以来，在经济发展中发挥了巨大的作用。当电极反应工程进入钛电极时代后，业界对电极材料的研究更加深入、系统，对电极材料的应用也更加广泛，由此催生了电极学。通过对电极材料的精心选择，达到电化学工艺的最优化，是电极学研究的最终目的，而电极反应工程学则是电极学科的一个分支。

第一部分 电极反应工程学

第1章 电极的电催化作用

1.1 电极在电极反应中的作用

1.1.1 对电极反应速度产生影响

1.1.2 对反应机理产生影响

1.1.3 通过控制电极电位改变电极反应的方向和速度

1.1.4 过电位是电极过程动力学一个重要参数

1.1.5 降低电解过程的能耗

1.1.6 电极材料对有机电合成反应的作用

1.1.7 电极材料对电解法处理废水的作用

1.2 电解工程对电极材料的要求

参考文献

第2章 电极反应工程实际问题

2.1 电极反应工程生产中主要技术经济指标

2.1.1 电流效率

2.1.2 电化学反应器工作电压

2.1.3 直流电耗

2.2 气泡效应

2.2.1 电极析气对溶液电导率的影响

2.2.2 析气电极的电流分布

2.3 电极表面的电位及电流分布

2.3.1 一次电流分布

2.3.2二次电流分布

2.3.3三次电流分布

参考文献

第3章 工业电解用电槽及电极

3.1 工业电解槽

3.1.1 电解槽的分类

3.1.2 电解槽的连接与组合

3.2 工业电解用电极

3.2.1 石墨电极

3.2.2 铅及铅基合金电极

3.2.3 反应性金属电极

3.2.4 SPE复合电极

3.2.5 金刚石膜电极

3.2.6 气体扩散电极

3.2.7 充填式电极

3.2.8 粒子床电极

3.2.9 旋转圆筒电极

3.2.10 三维电极

3.2.11 填充床电极

3.2.12 流动床电极

3.2.13 回流床电极

3.2.14 陶瓷电极

参考文献

第4章 电极反应工程实例

4.1 氯碱工业

4.1.1 隔膜电解法

4.1.2 离子膜电解法

4.1.3 水银电解法

4.2 电解提取有色金属

4.2.1 氯化物溶液电解提取金属

4.2.2 氯化物硫酸盐混合溶液电解提取金属

4.3 有机电合成

4.4 电解法降解有机废水

4.5 阴极保护

4.5.1 船舶保护用阳极

4.5.2 淡水和淡海水中的桥梁、码头保护用阳极

4.5.3 地下管网保护用深井阳极

4.5.4 地下贮罐底板保护用阳极

4.5.5 钢筋混凝土构件保护用阳极

参考文献

第二部分 一种新型高效节能电极材料——钛电极的制造及应用

第5章 钛阳极制造工艺

5.1 金属电极发展史

5.2 涂层钛电极的优点

5.3 涂层钛电极制造工艺过程

5.3.1 基体金属的选用

5.3.2 阳极几何结构形状的合理设计

5.3.3 阳极基体的焊接加工

5.3.4 去油污

5.3.5 酸蚀刻

5.3.6 涂液的配制

5.3.7 涂敷涂层

参考文献

第6章 钛电极在化工领域的应用

6.1 氯碱工业

6.2 氯酸盐生产

6.3 次氯酸盐生产

6.3.1 制取次氯酸钠工艺

6.3.2 次氯酸钠发生器用电极材料

6.3.3 次氯酸钠发生器的应用

6.4 高氯酸盐生产

6.5 过硫酸盐电解

6.6 重铬酸制备

6.6.1 电极的制备

6.6.2 Cr3 电化学氧化生成cr2O72的机理

6.6.3 超声对cr3 电化学氧化过程时电流效率的影响

6.7 电解法制备过氧化氢

6.7.1 电解法制过氧化氢的基本原理

6.7.2 生产过氧化氢的生产工艺

6.8 二氧化氯的制取

6.9 有机电合成

6.9.1 烯烃电氧化环合反应

6.9.2 芳香族化合物

6.9.3 芳香醛工业化生产

6.9.4 葡萄糖酸钙和山梨糖醇的成对电合成

6.9.5 N-苯基硫脲的间接电氧化

6.9.6 间接电氧化合成L-磺基丙氨酸

6.9.7 成对电解合成甘露醇、山梨醇和葡萄糖酸盐

6.9.8 成对合成1，2-二醇类化合物

6.9.9 电解合成含氮有机物

6.9.1 0葡萄糖的间接电解氧化

……

第7章 钛电极在电冶金领域的应用

第8章 钛电极在金属箔生产领域的应用

第9章 钛电极在电镀领域的应用

第10章 钛电极在处理废水（环境保护）领域的应用

第11章 钛电极在水处理领域的应用

第12章 钛电极在阴极保护领域的应用

第13章 钛电极在电渗析领域的应用

第14章 钛电极在其他领域的应用2100433B

气体扩散电极是粉末多孔电极在气体电极中的应用。电极的活性物质是气体。气体电极反应在电极微孔内表面形成的气一液-固三相界面上进行。工业上已得到应用的是氢电极和氧电极，如燃料电池的正、负极和锌一空气电池的正极都是这种气体扩散电极。典型的电极结构有:双层多孔电极(又称培根型电极)、防水型电极、隔膜型电极等。

1、电沉积式电极电沉积式电极是以冲孔镀镍钢带为阴极，在硫酸盐或氯化物中，将活性物质电沉积到基体上，经辊压，烘干，涂粘结剂，剪切成电极片。电沉积式电极制造工艺简单，生产周期短，活性物质利用率高。用电沉法可以制备镍、锅、钻、铁等高活性电极，其中电沉积式锡电极已在隔一镍电池中应用。

2、纤维式电极纤维式电极是以纤维镍毡状物作基体，向基体孔隙中填充活性物质，电极基体孔隙率达93%一”%，具有高比容量和高活性二电极制造工艺简单，成本低，但镍纤维易造成电池正、负极短路，自放电大，尚未大量应用。