
【化】 catalytic current
hasten; hurry; press; speed up; urge
【医】 battery current; direct current; galvanic current; voltaic current
催化电流(Catalytic Current)是电化学中的一个专业术语,指在电极表面发生催化反应时产生的额外电流。其核心原理是:催化剂通过降低电化学反应的活化能,加速氧化还原过程,导致电流显著增强。以下是详细解释:
汉英对照定义
作用机理
催化剂(如酶、金属纳米粒子)修饰在电极表面后,通过以下路径提升电流响应:
电位依赖性
催化电流通常在特定电位区间出现,与催化剂的氧化还原电位直接相关。例如,细胞色素c在修饰电极上的催化还原电流峰值位于-0.25 V(vs. Ag/AgCl)附近。
浓度线性响应
电流强度与底物浓度呈正相关,是定量分析的基础。公式可表示为:
$$ I_c = nFADkC $$
其中 (I_c) 为催化电流,(C) 为底物浓度,(k) 为催化速率常数。
利用葡萄糖氧化酶催化葡萄糖产生的电流,构建血糖检测装置(如血糖仪)。
催化电流型传感器检测水体中重金属离子(如通过催化还原反应测定Pb²⁺)。
在燃料电池中,铂催化剂促进氧气还原反应(ORR),产生驱动电流。
定义催化电流为“由电催化剂修饰电极产生的非扩散控制电流”。
来源:International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), Compendium of Electrochemical Terminology.
详述催化电流动力学模型及实验验证方法。
来源:Bard, A. J.; Faulkner, L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications, 2nd ed.
纳米酶催化电流检测过氧化氢的应用案例。
来源:Analytical Chemistry, 2020, 92(5), 3940-3947.
催化电流是电化学分析中的一个重要概念,指在电极反应中因催化剂参与形成循环反应而产生的增强电流。其核心机制和特点如下:
1. 循环反应机制
在电极表面发生主反应:物质A被还原为B(如$A + e^- rightarrow B$)。此时溶液中存在氧化性物质X,可将B快速氧化再生为A(如$B + X rightarrow A + Y$)。再生后的A再次参与电极反应,形成“电极反应-化学氧化-电极反应”的催化循环。
2. 催化特性
3. 与扩散电流的区别
普通扩散电流受物质传输速率限制,而催化电流通过化学再生突破了这一限制,因此电流值更高且对催化剂浓度敏感。这种差异成为极谱分析中区分两种电流的理论基础。
应用领域:该原理广泛应用于环境监测(如重金属离子检测)、生物传感器开发等领域,通过测量催化电流强度可精确推算催化剂浓度。
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