界面电化学

Add Your Company Slogan

2.5 界面电化学

主要内容

1 2 3 4 5

界面电化学概述 固-液界面双电层 斯特恩(stern)数学模型 紧密层结构 界面电荷转移与电极电位

1 界面电化学概述 表面和界面电现象涉及多个学科领域 1 表面物理：半导体器件的表面电荷和界面电荷。 表面物理：半导体器件的表面电荷和界面电荷。半导体表面氧化层中有一些电荷存在， 半导体表面氧化层中有一些电荷存在，并对半 导体器件的性能有影响。(场效应晶体管、量子阱) 。(场效应晶体管 导体器件的性能有影响。(场效应晶体管、量子阱) 2 表面化学：固体与液体界面的电荷传递及相随的物 表面化学： 质生成和消亡。 质生成和消亡。 表面电结晶科学研究从溶液中沉积金属的化学 过程和规律； 过程和规律；金属腐蚀科学研究金属固体在各种介质 中的溶解规律；有机电合成科学研究固体电极中的溶解规律；有机电合成科学研究固体电极-溶液 界面上生成有机分子的规律。 界面上生成有机分子的规律。 一个主题：表面电荷及分布(界面双电层) 一个主题：

1 界面电化学概述研究界面电化学的意义

界面电化学中的双电层结构在电极过程动力学中起着 非常重要作用 电极/溶液界面是实现电极反应的客观环境 有关双电层结构理论的界面电化学也是联系电化学热 力学与电极过程动力学的中间环节 在固体与液体界面上出现双电层的现象是十分普遍的 现象 界面电化学的理论基础是建立双电层结构模型并以此 讨论其界面性质

2 固-液界面双电层

1 电位 内电位：将一个电荷从无穷远处移入一相P内部所做的功 ：将一个电荷从无穷远处移入一相 内部所做的功表示。 ,用φ 表示。单位正电荷

+

++

P

+

+

+

+

表面层

图1 单位正电荷加入到P相中 单位正电荷加入到P

2 固-液界面双电层

外电位：为了克服 ：相P外部电场的作 外部电场的作 用而将单位电荷移 向相P所做的功 所做的功。 向相 所做的功。 ψ 表示。 用 表示。 表面电位：使一个 ： 单位电荷穿过相P 单位电荷穿过相 表面层而需要做的 表示。 功。用 χ 表示。 内电位 外电位 内电位=外电位 外电位+ 表面电位， 表面电位，即：

+

++

单位正电荷

P

+

+

+

+

表面层

图1 单位正电荷加入到P相中 单位正电荷加入到P

φ =ψ + χ

2 固-液界面双电层 绝对电位 一个金属 溶液系统(如电极系统)中，金属(电子导 一个金属-溶液系统 如电极系统) 溶液系统( 金属(体相)的内电位与溶液(离子导体相) 体相)的内电位与溶液(离子导体相)的内电位之差 绝对电位： 即绝对

电位：

在电化学文献中，常把两个相的内电位之差叫做伽尔 在电化学文献中，常把两个相的内电位之差叫做伽尔伐尼( 伐尼(Galvani)电位差。故一个电极系统的绝对电 )电位差。 位就是电极材料相与溶液相的伽尔伐尼电位差。 位就是电极材料相与溶液相的伽尔伐尼电位差。 当一个金属电极浸入溶液中时，由于金属相与溶液相的内电位不 当一个金属电极浸入溶液中时，由于金属相与溶液相的内电位不在这两相之间存在伽尔伐尼电位差， 同，在这两相之间存在伽尔伐尼电位差，但是这两个相互接触的 界面不是一个简单的没有厚度的二维界面， 界面不是一个简单的没有厚度的二维界面，而是一个内部有电场 作用的界面层，在电化学文献中称之为“双电层” 作用的界面层，在电化学文献中称之为“双电层”(double layer) electric layer)

Φ = φM - φsol

2 固-液界面双电层

2 固-液界面的基本结构固-液界面的特点： 静电作用： 静电作用：使符号相反的剩余电荷形成紧密双电层结构 ； 热运动：使荷电粒子趋向均匀分布，形成分散层结构。 热运动：使荷电粒子趋向均匀分布，形成分散层结构。

图2 紧密双电层结构

图3 考虑热运动干扰时界面 双电层结构

2 固-液界面双电层 剩余电荷分布是静电作用与热运动的对立统一的结果， 剩余电荷分布是静电作用与热运动的对立统一的结果，因而在不同的电极体系中，双电层的分散性不同。 因而在不同的电极体系中，双电层的分散性不同。 金属与电解质(高浓度):紧密双电层 金属与电解质(高浓度): ):紧密双电层 金属与电解质(低浓度): ):紧密层与分散层共存 金属与电解质(低浓度):紧密层与分散层共存 半导体材料与电解质： 半导体材料与电解质：分散双电层

图4 紧密层与分散层共存结构

2 固-液界面双电层

3 双电层模型结构简介 (1)亥姆霍兹(Helmholtz)模型(紧密层模型)

特点： 特点： 电极表面的电荷与溶液中的离子 紧密地排列在界面两侧形成紧密 双电层； 双电层； 电极/溶液界面的双电层相当于 电极/ 一个平板电容器； 一个平板电容器； 双电层的电势分布为直线分布。 双电层的电势分布为直线分布。

M

图5 亥姆霍兹

2 固-液界面双电层 (2)古依-查普曼(Gouy-

Chapman)分散双电层模型

特点 双电层溶液一侧的离子由 于热运动是分散分布在邻 近界面的溶液中形成溶液 电荷分散层。 电荷分散层。 双电层中溶液一侧的离子 分布随着向溶液内部不断 延伸而下降，服从玻尔兹 延伸而下降， …… 此处隐藏：2415字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……