氢气超电压英文解释翻译、氢气超电压的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【化】 hydrogen overvoltage

分词翻译：

氢的英语翻译：

hydrogen
【医】 H; hydr-; hydro-; hydrogen; light hydrogen

气的英语翻译：

gas
【医】 aer-; aero-; air; atmo-; physo-; pneuma; pneuma-; pneumato-; pneumo-

超电压的英语翻译：

【化】 overvoltage
【医】 supesvoltage

专业解析

氢气超电压（Hydrogen Overvoltage / Hydrogen Overpotential）是电化学中的一个核心概念，指在实际电解过程中，为使氢气在电极上开始析出，所需施加的电压值超出该电极反应在热力学平衡状态下的理论可逆电势（即能斯特电势）的那部分额外电压值。它反映了氢气析出反应（Hydrogen Evolution Reaction, HER）在特定电极材料上发生的动力学难易程度。

以下是详细解释：

基本定义与物理意义
- 理论可逆电势 (E_rev)：根据热力学能斯特方程计算得到的氢气析出反应 (2H⁺ + 2e⁻ → H₂) 在标准或特定条件下的平衡电势。这个电势代表了反应在热力学上自发进行所需的最小驱动力。
- 实际析出电势 (E_app)：在实际电解过程中，为了观察到可测量的氢气析出速率，必须在电极上施加的实际电势。
- 氢气超电压 (η_H₂)：定义为实际析出电势与理论可逆电势之差：
```
$$
η_H₂ = E_app - E_rev
$$
```
  它恒为正值（η_H₂ > 0），表示实际需要“克服”的额外能量壁垒。
产生原因 - 动力学障碍氢气超电压的产生源于氢气析出反应过程中存在的活化能垒，即反应物（H⁺, H₂O）转变为产物（H₂）需要克服的能量障碍。主要与以下步骤有关：
- 电荷传递步骤：质子（H⁺）或水分子（H₂O）在电极表面获得电子还原为吸附氢原子（Hads）的步骤（Volmer步骤：H⁺ + e⁻ → Hads 或 H₂O + e⁻ → H*ads + OH⁻）。
- 复合/脱附步骤：吸附氢原子结合形成氢气分子并脱附的步骤。这可以是两个吸附氢原子结合（Tafel步骤：2Hads → H₂），或者一个吸附氢原子与一个溶液中的质子结合（Heyrovsky步骤：Hads + H⁺ + e⁻ → H₂）。这些步骤的速率缓慢，导致需要施加比理论值更负的电势（对阴极而言）来驱动反应以可观速率进行。
影响因素
- 电极材料：这是最关键的因素。不同金属电极表面的氢吸附自由能（ΔG_H*）差异巨大，直接影响活化能垒。根据超电压高低，电极材料可分为：
  - 高氢超电压材料：如汞（Hg）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）。这些材料上HER反应速率很慢，需要很高的过电位才能析氢。
  - 低氢超电压材料：如铂（Pt）、钯（Pd）等铂族金属。它们对H*ads的吸附能适中（接近热中性），是高效的HER催化剂，超电压很低。
- 电流密度：超电压随电流密度的增加而增大。描述这种关系的经验公式是塔菲尔方程 (Tafel Equation)：
```
$$
η = a + b log j
$$
```
  其中 η 是超电压，j 是电流密度，a 和 b (Tafel斜率) 是常数，与电极材料和反应机理相关。b 值的大小可以揭示反应的速率控制步骤。
- 电极表面状态：电极表面的粗糙度、清洁度、是否有氧化膜或吸附杂质等都会显著影响超电压。
- 温度：升高温度通常能降低超电压，因为增加了反应粒子的能量和扩散速率。
- 电解质组成：溶液的pH值、离子种类和浓度会影响H⁺浓度、双电层结构和反应物传输。
重要性与应用
- 理解电极过程动力学：氢气超电压是研究电极反应动力学（特别是HER）的重要参数。
- 电解工业：在氯碱工业（电解食盐水制氯气和烧碱）和水电解制氢中，阴极析氢反应是主要副反应或目标反应。使用高氢超电压阴极材料（如汞、钢）可以抑制析氢，提高目标产物（如钠汞齐、氯气）的电流效率或纯度。而在水电解制氢中，开发低氢超电压（高效）的阴极催化剂是降低成本的关键。
- 金属腐蚀：在酸性环境中，金属腐蚀的阴极过程常是析氢反应。高氢超电压的材料（如汞、锌）在该环境中的腐蚀速率相对较慢。
- 电池：在某些电池（如锌锰干电池）中，析氢是导致自放电和电池失效的原因之一，高氢超电压材料有助于抑制此过程。

引用参考来源：

Bard, A. J., & Faulkner, L. R. (2001). Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications (2nd ed.). John Wiley & Sons. (电化学经典教材，详细阐述电极过程动力学、超电压概念及塔菲尔方程) [ISBN: 978-0-471-04372-0]
Trasatti, S. (1972). Work function, electronegativity, and electrochemical behaviour of metals: III. Electrolytic hydrogen evolution in acid solutions. Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, 39(1), 163–184. (经典文献，讨论金属性质与氢超电压的关系) [DOI: 10.1016/S0022-0728(72)80485-6]
Conway, B. E., & Tilak, B. V. (2002). Interfacial processes involving electrocatalytic evolution and oxidation of H₂, and the role of chemisorbed H. Electrochimica Acta, 47(22–23), 3571–3594. (综述文章，深入探讨HER机理及超电压) [DOI: 10.1016/S0013-4686(02)00329-8]
Carmo, M., Fritz, D. L., Mergel, J., & Stolten, D. (2013). A comprehensive review on PEM water electrolysis. International Journal of Hydrogen Energy, 38(12), 4901–4934. (综述PEM水电解技术，强调低超电压催化剂的重要性) [DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.01.151]

网络扩展解释

关于“氢气超电压”这一术语，现有搜索结果中未直接提供相关解释。但基于电化学领域的常识，可以综合以下信息进行说明：

基本概念
氢气超电压（Hydrogen Overvoltage）是电化学中的一个术语，指在电解过程中，实际使氢气析出的电极电位与理论可逆电位之间的差值。例如，电解水时，理论分解电压为1.23V，但实际应用中因电极材料、溶液性质等因素，需施加更高电压才能产生氢气，这一差值即为超电压。
影响因素
- 电极材料：如铂电极的氢气超电压较低，而汞或铅电极较高。
- 电流密度：电流密度越大，超电压通常越高。
- 温度与溶液性质：高温或高浓度电解质可能降低超电压。
应用与意义
超电压现象在工业电解（如氯碱工业）中需重点考虑，选择合适电极材料可降低能耗。例如，使用镀铂钛电极可减少制氢的额外电压需求。

由于搜索结果未提供具体数据，建议参考电化学教材或专业文献（如《电化学原理》）获取更详细公式（例如塔菲尔公式：$eta = a + b log j$）及实验数据。