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什么是电催化

发布时间:2014/7/1 15:43:20

     在电化学反应中,电极可分为两种类型:第一类电极直接参加电极反应,并有所消耗(如阳极溶解)或生长(如阴极电沉积),它们大都属于金属电极过程;另一类电极本身不直接参加电极反应,因而被称为“惰性电极”或“不溶性电极”,但对电化学反应的速度和反应机理却有重要影响,这一作用称为电催化。

    电催化的本质就是通过改变电极表面修饰物(有时为表面状态)或溶液相中的修饰物来大范围地改变反应的电势或反应速率,使电极除具有电子传递功能外,还能对电化学反应进行某种促进和选择。在电催化中由于界面电场会引起活化能改变,故可以通过电极电位的改变来改变反应活化能,从而使电化学反应速度改变数十个数量级。这在一般催化中,通过改变温度是不能发生这样大的效果的。这在一般催化中,通过改变温度是不能产生这样打的效果的。电催化的活化能一般为20.9~147kJ/mol,化学催化反应活化能一般为41.9~419kJ/mol。

    电极电催化可以较容易地将催化物与反应物、产物分开,可以随意调节电极电位的大小和正负,方便地改变电化学反应的方向、速率和选择性,这是一般化学催化反应所做不到的。电极在电催化作用中是电子授受体,是一个干净的氧化还原剂,调节电极电位就可以改变氧化还原能力。对于一个接受电子的反应步骤,电位移动1V相当于降低反应活化能41.8~54.4kJ,在常温下提高反应速度约10^7~10^9倍,再配合电极的催化活化能力,就可以在电催化系统中实现那些极为苛刻的化学反应。

    电极显著的影响某些电极反应的速度,而本身又无任何变化的作用被称为电催化作用。

    电催化作用主要表现在以下几个方面:

    (1)电极与活化络合物间存在着相互作用,由它决定了过渡状态自由焓,因而也就决定了反应的活化自由焓,这里是通过不同电极引起的反应活化自由焓的变化来影响电极反应速度的;

    (2)电极与被吸附于其上的反应物或中间产物之间存在着相互作用,此作用确定了反应物或中间产物浓度,而且确定了能进行电极反应的有效表面积,此外,在不同催化剂材料商还可能形成不同形式的中间产物,因此,它不但对电极反应速度有影响,而且还会影响反应历程;

    (3)在一定电位下,电极催化剂可能影响溶液中不参加电极反应的溶剂与溶质组分在电极上的吸附能力,从而改变了界面双电层结构,引起电极反应速度的变化。