氫超電勢英文解釋翻譯、氫超電勢的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【化】 hydrogen overpotential

分詞翻譯：

氫的英語翻譯：

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

超電勢的英語翻譯：

【化】 overpotential; superpotential

專業解析

氫超電勢（Hydrogen Overpotential）是電化學中的一個核心概念，指在電解過程中，陰極上實際析出氫氣所需的電極電位與該條件下氫的理論可逆電極電位之間的差值。該現象本質上是電極表面析氫反應（Hydrogen Evolution Reaction, HER）動力學受阻的表現，需要額外的能量（過電位）來驅動反應進行。

一、定義與物理意義

基本定義
氫超電勢（η_H）的計算公式為：

$$ etaH = E{text{實際}} - E_{text{理論}} $$

其中：
- ( E_{text{實際}} ) 為實測陰極析氫電位；
- ( E_{text{理論}} ) 為氫離子還原的标準平衡電位（25°C時約為 -0.241 V vs. SHE，具體值取決于pH值）。
動力學本質
超電勢源于析氫反應的多步驟機制（如Volmer-Heyrovsky或Volmer-Tafel路徑），涉及氫離子放電（H⁺ + e⁻ → H）和氫原子複合/脫附（2H → H₂）等步驟。反應能壘導緻需額外電壓克服活化能。

二、影響因素與實驗規律

電極材料
不同金屬的氫超電勢差異顯著（Tafel序列）：
- 高超電勢金屬：Hg, Pb, Zn（η_H > 1 V）；
- 低超電勢金屬：Pt, Pd（η_H < 0.1 V）。
電流密度
符合Tafel經驗方程：

$$ eta_H = a + b log i $$

其中 ( a ) 與電極催化活性相關，( b ) 為動力學參數（通常≈120 mV/dec）。
溫度與溶液組成
溫度升高可降低η_H；溶液pH值、添加劑（如有機緩蝕劑）及雜質離子均顯著影響超電勢值。

三、應用與工業意義

電解工業優化
高氫超電勢電極（如汞陰極）曾用于氯堿工業以抑制析氫副反應，提升電流效率。
金屬腐蝕防護
在酸性環境中，低氫超電勢金屬（如Pt）加速析氫腐蝕，而高超電勢金屬（如Zn）可減緩腐蝕速率。
能源技術關鍵參數
氫超電勢直接影響電解水制氫效率，低超電勢電催化劑（如Pt/C、MoS₂）是燃料電池與綠色制氫的核心材料。

參考文獻

Bard, A. J., & Faulkner, L. R. (2001). Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications (2nd ed.). Wiley.
Parsons, R. (1958). "The rate of electrolytic hydrogen evolution and the heat of adsorption of hydrogen." Transactions of the Faraday Society, 54, 1053-1063.
Trasatti, S. (1972). "Work function, electronegativity, and electrochemical behaviour of metals." Journal of Electroanalytical Chemistry, 39(1), 163-184.
Pletcher, D., & Walsh, F. C. (1993). Industrial Electrochemistry (2nd ed.). Springer.
Seh, Z. W., et al. (2017). "Combining theory and experiment in electrocatalysis: Insights into materials design." Science, 355(6321), eaad4998.

網絡擴展解釋

氫超電勢是電解過程中氫離子在電極表面析出時産生的額外電勢差，具體解釋如下：

定義與原理

基本概念
氫超電勢指實際電解時，氫析出的電極電勢（不可逆電勢）與理論平衡電勢的差值，公式為 $eta_c = E' - E$，其中 $E'$ 為實際析出電勢，$E$ 為平衡電勢。這是由于氫在電極表面吸附形成的氣膜增加了電阻，導緻電壓降（$U=IR$），從而需要更高的分解電壓。
産生原因
氫氣析出時，電極表面會覆蓋一層不導電的氫氣泡，阻礙電流通過，導緻電阻增大。同時，電極反應的活化能較高（即活化極化），需額外能量推動反應進行。

影響因素

材料與表面狀态：不同金屬電極（如鉑、汞、鐵）的超電勢差異顯著，汞電極的氫超電勢較高。
電流密度：電流密度越大，超電勢越高。
溶液組成與溫度：離子濃度、雜質和溫度變化均會影響超電勢值。

實際意義

缺點：增加電解能耗，例如工業電解水需更高電壓。
應用：利用不同金屬的氫超電勢差異，可在電解時優先析出其他金屬（如鋅、鎳），而非氫。例如，在銅電解中，氫因高超電勢可能延遲析出，使銅優先還原。

測量方法

實驗室常通過“三電極法”測定極化曲線，分析不同電流密度下的超電勢變化。

總結來說，氫超電勢是氣體析出電極反應的典型現象，既增加能耗，也為選擇性電解提供了可能。