
【化】 electro-chemical polarization
电化学极化(Electrochemical Polarization)是电化学领域的关键概念,指电极表面因电荷转移速率限制导致的电势偏离平衡状态的现象。其核心机理可概括为:当电极反应速率受动力学控制时,电子转移速度与离子扩散速度不匹配,引发界面双电层电荷分布改变,产生过电位(Overpotential)。
该现象包含三个主要维度:
需要特别说明的是,浓差极化(Concentration Polarization)作为电化学极化的子类,特指因反应物浓度梯度引发的电势偏移,其数学模型遵循Nernst扩散层理论(《电化学测量方法》,Southampton Electrochemistry Group著)。
电化学极化是电池或电极体系中因电化学反应速率迟缓导致的电极电位偏离平衡值的现象。以下是详细解释:
电化学极化发生于电极反应的电荷转移步骤(即电子得失过程)。当外电流通过电极时,若电化学反应速率无法跟上电子传递速度,电极表面会积累电荷,导致电位偏离其热力学平衡值。例如:
电化学极化主要由电化学步骤的动力学迟缓引起,具体表现为:
特征 | 电化学极化 | 浓差极化 |
---|---|---|
主导因素 | 电化学反应速率迟缓 | 离子扩散速率迟缓 |
电流密度 | 低电流密度下更显著 | 高电流密度下更显著 |
调控方法 | 优化催化剂、提高反应活性 | 搅拌溶液、升高温度 |
过电位是电极电位偏离平衡值的差值,公式为: $$ η = φ - φ_{text{平}} $$ 其中,φ为实际电位,φₚ为平衡电位。过电位越大,极化程度越高。
电化学极化是电化学系统动力学特性的核心参数,其研究对电池设计、腐蚀防护和电催化等领域至关重要。
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