电化学动力学及其应用分析与研究思路探索

# 电化学动力学及其应用分析与研究思路探索
## 1. 电极极化
### 1.1 极化现象
- 电极电位偏离平衡电位
- 净反应
  - 阴极极化
  - 阳极极化
### 1.2 极化成因
- 电荷转移速度不足
- 传质速度限制
  - 浓度梯度影响
### 1.3 极化意义
- 过电位
  - 低过电位 ↔ 高可逆性
  - 高过电位 ↔ 低可逆性
- 重要概念
  - 参比电极
  - 极化电极
### 1.4 Faraday过程与非Faraday过程
- 双电层充电（非Faraday）
- 电荷转移（Faraday）

## 2. 电极过程的基本历程
### 2.1 串联步骤
- 液相传质
  - 扩散
  - 对流
  - 电迁移
- 前置转化
  - 表面化学反应
- 电荷转移
  - 电子交换
- 后续转化
  - 产物处理
- 新相生成
  - 析氢
  - 析氧
### 2.2 控制步骤
- 速控步骤（RDS）
  - 决定总反应速率
  - 类型
    - 浓差极化（传质控制）
    - 电化学极化（电荷转移控制）

## 3. 传质过程为速控步骤
### 3.1 稳态扩散模型
- 菲克第一定律
  - J = −D (dc/dx)
- 极限扩散电流密度
  - I_L = nFD(c_b/δ)
### 3.2 浓差极化特征
- 极化方程
  - η = (RT/nF) ln(1 - I/I_L)
### 3.3 特征
- 极限电流与搅拌强度的关系
- 温度影响分析
- 电极表面积影响分析

## 4. 电荷转移步骤为速控步骤
### 4.1 Butler-Volmer方程
- 净电流公式
  - I = i_0 * (e^((1−α)nFη/RT) − e^(-αnFη/RT))
### 4.2 交换电流密度（i_0）
- 衡量反应可逆性
### 4.3 高过电位区（Tafel方程）
- 阳极极化
  - η = a + b log I
- 阴极极化
  - η = a' + b' log |I|
### 4.4 低过电位区（线性极化）
- 线性极化方程
  - η = (nF/i_0)(RT * I)

## 5. 混合控制（传质+电荷转移）
### 5.1 修正的B-V方程
- 考虑表面浓度变化
  - O_s = O_b (1 - I/I_L)
### 5.2 极化方程
- 总极化方程
  - η = η_电化学 + η_浓差
### 5.3 极化曲线特征
- 高电流特征
- 低电流特征

## 6. 动力学参数测定
### 6.1 Tafel图法
- 提取参数
  - i_0
  - α
  - β
### 6.2 线性极化法
- 计算极化电阻
  - R_p = (RT/nFi_0)
### 6.3 循环伏安法
- 区分控制步骤类型

## 7. 实际应用
### 7.1 电解水
- 析氢/析氧过电位
- 电极材料比较
  - Pt vs RuO₂
### 7.2 电池充放电
- 锂离子扩散 vs 界面电荷转移
### 7.3 腐蚀防护
- 极化曲线分析钝化行为