氫氣超電壓英文解釋翻譯、氫氣超電壓的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【化】 hydrogen overvoltage

分詞翻譯：

氫的英語翻譯：

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

氣的英語翻譯：

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

超電壓的英語翻譯：

【化】 overvoltage
【醫】 supesvoltage

專業解析

氫氣超電壓（Hydrogen Overvoltage / Hydrogen Overpotential）是電化學中的一個核心概念，指在實際電解過程中，為使氫氣在電極上開始析出，所需施加的電壓值超出該電極反應在熱力學平衡狀态下的理論可逆電勢（即能斯特電勢）的那部分額外電壓值。它反映了氫氣析出反應（Hydrogen Evolution Reaction, HER）在特定電極材料上發生的動力學難易程度。

以下是詳細解釋：

基本定義與物理意義
- 理論可逆電勢 (E_rev)：根據熱力學能斯特方程計算得到的氫氣析出反應 (2H⁺ + 2e⁻ → H₂) 在标準或特定條件下的平衡電勢。這個電勢代表了反應在熱力學上自發進行所需的最小驅動力。
- 實際析出電勢 (E_app)：在實際電解過程中，為了觀察到可測量的氫氣析出速率，必須在電極上施加的實際電勢。
- 氫氣超電壓 (η_H₂)：定義為實際析出電勢與理論可逆電勢之差：
```
$$
η_H₂ = E_app - E_rev
$$
```
  它恒為正值（η_H₂ > 0），表示實際需要“克服”的額外能量壁壘。
産生原因 - 動力學障礙氫氣超電壓的産生源于氫氣析出反應過程中存在的活化能壘，即反應物（H⁺, H₂O）轉變為産物（H₂）需要克服的能量障礙。主要與以下步驟有關：
- 電荷傳遞步驟：質子（H⁺）或水分子（H₂O）在電極表面獲得電子還原為吸附氫原子（Hads）的步驟（Volmer步驟：H⁺ + e⁻ → Hads 或 H₂O + e⁻ → H*ads + OH⁻）。
- 複合/脫附步驟：吸附氫原子結合形成氫氣分子并脫附的步驟。這可以是兩個吸附氫原子結合（Tafel步驟：2Hads → H₂），或者一個吸附氫原子與一個溶液中的質子結合（Heyrovsky步驟：Hads + H⁺ + e⁻ → H₂）。這些步驟的速率緩慢，導緻需要施加比理論值更負的電勢（對陰極而言）來驅動反應以可觀速率進行。
影響因素
- 電極材料：這是最關鍵的因素。不同金屬電極表面的氫吸附自由能（ΔG_H*）差異巨大，直接影響活化能壘。根據超電壓高低，電極材料可分為：
  - 高氫超電壓材料：如汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、镉（Cd）。這些材料上HER反應速率很慢，需要很高的過電位才能析氫。
  - 低氫超電壓材料：如鉑（Pt）、钯（Pd）等鉑族金屬。它們對H*ads的吸附能適中（接近熱中性），是高效的HER催化劑，超電壓很低。
- 電流密度：超電壓隨電流密度的增加而增大。描述這種關系的經驗公式是塔菲爾方程 (Tafel Equation)：
```
$$
η = a + b log j
$$
```
  其中 η 是超電壓，j 是電流密度，a 和 b (Tafel斜率) 是常數，與電極材料和反應機理相關。b 值的大小可以揭示反應的速率控制步驟。
- 電極表面狀态：電極表面的粗糙度、清潔度、是否有氧化膜或吸附雜質等都會顯著影響超電壓。
- 溫度：升高溫度通常能降低超電壓，因為增加了反應粒子的能量和擴散速率。
- 電解質組成：溶液的pH值、離子種類和濃度會影響H⁺濃度、雙電層結構和反應物傳輸。
重要性與應用
- 理解電極過程動力學：氫氣超電壓是研究電極反應動力學（特别是HER）的重要參數。
- 電解工業：在氯堿工業（電解食鹽水制氯氣和燒堿）和水電解制氫中，陰極析氫反應是主要副反應或目标反應。使用高氫超電壓陰極材料（如汞、鋼）可以抑制析氫，提高目标産物（如鈉汞齊、氯氣）的電流效率或純度。而在水電解制氫中，開發低氫超電壓（高效）的陰極催化劑是降低成本的關鍵。
- 金屬腐蝕：在酸性環境中，金屬腐蝕的陰極過程常是析氫反應。高氫超電壓的材料（如汞、鋅）在該環境中的腐蝕速率相對較慢。
- 電池：在某些電池（如鋅錳幹電池）中，析氫是導緻自放電和電池失效的原因之一，高氫超電壓材料有助于抑制此過程。

引用參考來源：

Bard, A. J., & Faulkner, L. R. (2001). Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications (2nd ed.). John Wiley & Sons. (電化學經典教材，詳細闡述電極過程動力學、超電壓概念及塔菲爾方程) [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. (經典文獻，讨論金屬性質與氫超電壓的關系) [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. (綜述文章，深入探讨HER機理及超電壓) [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. (綜述PEM水電解技術，強調低超電壓催化劑的重要性) [DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.01.151]

網絡擴展解釋

關于“氫氣超電壓”這一術語，現有搜索結果中未直接提供相關解釋。但基于電化學領域的常識，可以綜合以下信息進行說明：

基本概念
氫氣超電壓（Hydrogen Overvoltage）是電化學中的一個術語，指在電解過程中，實際使氫氣析出的電極電位與理論可逆電位之間的差值。例如，電解水時，理論分解電壓為1.23V，但實際應用中因電極材料、溶液性質等因素，需施加更高電壓才能産生氫氣，這一差值即為超電壓。
影響因素
- 電極材料：如鉑電極的氫氣超電壓較低，而汞或鉛電極較高。
- 電流密度：電流密度越大，超電壓通常越高。
- 溫度與溶液性質：高溫或高濃度電解質可能降低超電壓。
應用與意義
超電壓現象在工業電解（如氯堿工業）中需重點考慮，選擇合適電極材料可降低能耗。例如，使用鍍鉑钛電極可減少制氫的額外電壓需求。

由于搜索結果未提供具體數據，建議參考電化學教材或專業文獻（如《電化學原理》）獲取更詳細公式（例如塔菲爾公式：$eta = a + b log j$）及實驗數據。