[Historia de la Electroquímica]Electroquímica

[1 * * * * * *] 7 Yang Yanyan

Resumen: La electroquímica es una disciplina que estudia la relación entre la electricidad y las reacciones químicas, generando principalmente energía eléctrica a través de reacciones químicas, el estudio de los cambios químicos provocados por la corriente eléctrica. Este artículo presenta principalmente la historia del desarrollo de la electroquímica durante más de 200 años y analiza las tendencias futuras de investigación de la electroquímica.

Palabras clave: historia del desarrollo de la electroquímica, futuro

A partir de la primera batería química de Volta, el desarrollo de la electroquímica ha durado más de dos siglos. En la actualidad, la electroquímica se ha convertido en una parte indispensable de la economía e industria nacional y se utiliza en diferentes campos, como la electrólisis, la galvanoplastia, la fotoelectroquímica, la electrocatálisis, la corrosión de metales, etc. Al mismo tiempo, la electroquímica también desempeña un papel importante en campos científicos emergentes como la biología, la industria del automóvil y el análisis.

Los logros científicos y tecnológicos están estrechamente relacionados con la vida humana y las prácticas de producción, como fuentes de energía química, protección contra la corrosión, acabado de superficies, refinación de metales, síntesis electrolítica de diversos productos químicos, gestión ambiental, órganos artificiales, baterías biológicas. , electrocardiogramas , transmisión de información, etc. Implica una amplia gama de campos de investigación electroquímica, y sus métodos teóricos y aplicaciones técnicas se cruzan e infiltran cada vez más con otras ciencias naturales o disciplinas técnicas [1].

La electroquímica es una disciplina antigua pero joven. En general, se cree que la electroquímica se originó a partir del fenómeno de la "electricidad animal" en 1791, cuando el anatomista italiano Galvani descubrió que un bisturí o un metal pueden hacer que los músculos de las ancas de rana se contraigan. 1800 voltios crearon la primera batería práctica y abrieron una nueva era en la investigación electroquímica. Después de más de un siglo, el desarrollo y los logros de la ciencia electroquímica han atraído la atención mundial, ya sea en investigación básica o en aplicaciones técnicas, se han producido muchos avances importantes en teoría y métodos. Ciencia Electroquímica

1 Electroquímica

La electroquímica es una ciencia que estudia la interacción entre la electricidad y las reacciones químicas, la conversión mutua de energía química y energía eléctrica, y las leyes relacionadas. La electroquímica es una rama importante de la química física. Estudia principalmente los fenómenos de interfaz de conductores electrónicos-conductores iónicos, conductores iónicos-conductores iónicos, procesos químicos estructurales y fenómenos relacionados. El contenido de la investigación incluye dos aspectos: (1) Investigación de electrolitos (conductividad del electrolito, características de transporte de iones, propiedades de equilibrio de los iones que participan en la reacción, etc.) (2) Investigación de electrodos (propiedades de equilibrio y no equilibrio de la interfaz electroquímica) . La electroquímica moderna concede gran importancia al estudio de la estructura de la interfaz electroquímica, el comportamiento electroquímico y la dinámica en la interfaz. Los fenómenos electroquímicos son omnipresentes en la naturaleza, como la corrosión del metal, el movimiento de los músculos humanos o animales, la transmisión de información cerebral, la corriente bioeléctrica y el mecanismo de las membranas celulares. , todos los cuales involucran el papel de procesos electroquímicos. El desarrollo de la electroquímica en China ha promovido el progreso científico y el desarrollo social y económico del mundo, y ha hecho y sigue haciendo grandes contribuciones para resolver los problemas de energía, transporte, materiales, protección ambiental, información, vida y otros problemas que enfrenta la sociedad humana.

2 Cuatro eventos en el desarrollo temprano de la electroquímica

(1) En 1780, durante el experimento de disección de la rana, Galvani descubrió que cuando las cuatro patas de la rana tenían espasmos violentos, causaba la motor para crear una chispa. A partir de este inesperado descubrimiento, Galvani publicó en 1791 el fenómeno que vincula la biología y la electroquímica.

(2) En 1833, el genio experimentalista Faraday propuso la "Ley de la Electrólisis" después de un gran número de experimentos: m=QM/nF. La "ley de la electrólisis" como base de la electroquímica indica la dirección del desarrollo de la electroquímica.

(3) En 1839, Grove inventó la pila de combustible. La pila de combustible de hidrógeno y oxígeno con negro de platino como electrodo iluminaba las luces de la sala de conferencias. A partir de entonces, la pila de combustible entró en escena. de la historia. El desarrollo de las pilas de combustible ha dado un salto sustancial.

(4) En 1905, Tafel obtuvo la fórmula empírica de Tafel a través de experimentos:

η= a+blgi; I=Aexp(Bη/RT), entre ellos, a y b son llamadas constantes de Tafel, que están determinadas por las propiedades de la celda electrolítica [2].

3 Tendencias de Desarrollo

3.1 Revisión de la Electroquímica en la Segunda Mitad del Siglo XX

En los últimos 50 años del siglo XX, en electroquímica

Hay dos hitos en la historia del desarrollo: Hayrovsky ganó el Premio Nobel de Química en 1959 por establecer la tecnología de polarografía, y Marcus ganó el Premio Nobel de Química en 1992 por su teoría de la transferencia de electrones (incluidos los sistemas homogéneos y heterogéneos). La parte vanguardista del trabajo de Marcus se creó a finales de los años cincuenta.

Durante este período, la electroquímica ha logrado grandes avances en teoría, experimentación y aplicación, centrándose principalmente en la electroquímica de la interfaz (incluida la estructura de la interfaz, la transferencia de electrones de la interfaz y la electroquímica de superficie) [3].

Los últimos 50 años del siglo XX fueron un período prolífico de investigación sobre nuevos sistemas electroquímicos e información experimental. En el experimento se descubrieron algunos efectos espectrales de superficie importantes, incluido el efecto de reflexión eléctrica de electrodos metálicos y semiconductores, la selección de espectros infrarrojos de electrodos metálicos, el efecto electroquímico Stark de los espectros de vibración molecular de superficie, los efectos de dispersión Raman mejorados en la superficie y la superficie. efecto de absorción infrarrojo mejorado. Durante este período, también se produjeron muchos avances en la tecnología de aplicaciones electroquímicas. Se inventaron las baterías secundarias de iones de litio, las baterías de hidruro metálico de níquel y los polímeros conductores que son fundamentales para la tecnología de la información. Conocida como la central eléctrica "verde" del siglo XXI, la mejor pila de combustible para resolver el problema energético de los vehículos eléctricos, desde vísperas de la comercialización mediante investigaciones de laboratorio, se seleccionaron las cuatro pilas de combustible más prometedoras para su comercialización: Pila de combustible de ácido fosfórico (PAFC), pila de combustible de carbonato fundido (MCFC), pila de combustible de óxido sólido (SOFC), pila de combustible de electrolito polimérico (PEFC). Además, también han atraído mucha atención las investigaciones de laboratorio sobre pilas de combustible directas de metanol.

Atención. La aplicación de electrodos de óxido electrocatalítico (como los electrodos de dióxido de rutenio) en la industria de la electrólisis ha desencadenado una revolución en la industria cloro-álcalina. La electrodeposición funcional de superficies ha aportado nueva vitalidad a la antigua industria de la galvanoplastia. La amplia aplicación de pasivación, tratamiento de superficies, recubrimientos, inhibidores de corrosión y protección catódica y anódica en la protección contra la corrosión de metales ha hecho posible que los metales se conviertan en los materiales principales de la sociedad moderna [4].

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3.2 Algunas tendencias de desarrollo en el siglo XXI

A principios del siglo XXI, la investigación a nivel molecular y atómico sobre la electroquímica de interfaz sigue siendo el foco de la investigación teórica electroquímica, que incluye principalmente: modelo microscópico de la estructura de la interfaz La mejora adicional, especialmente el establecimiento del modelo de estructura de adsorción característica de iones y el micromodelo de interfaz de solución semiconductora, la aplicación del micromodelo de estructura de interfaz en la dinámica de transferencia de carga de la interfaz y la electroquímica de superficie la mejora adicional del sólido-líquido de Marcus; teoría de la transferencia de electrones en la interfaz, el establecimiento de la teoría de la transferencia de electrones del proceso de la esfera interna, una mayor verificación experimental de la teoría de la transferencia de electrones y su aplicación en nuevos sistemas electroquímicos, modelos químicos cuánticos y cálculos de adsorción de enlaces químicos (incluida la adsorción en el proceso electrocatalítico); ), propiedades de los enlaces químicos superficiales; Experimentos y teorías sobre la estructura de la interfaz de sistemas nanomicrónicos, fenómenos electrodinámicos de la interfaz, transferencia de electrones de la interfaz, procesos fotoeléctricos y procesos de luminiscencia [5].

En el siglo XXI, debido a las exigencias de materiales, energía, información, vida y medio ambiente sobre la tecnología electroquímica, la investigación sobre nuevos sistemas y materiales electroquímicos se desarrollará enormemente. Lo que se puede prever en la actualidad son: 1) Electroquímica de nanomateriales.

Síntesis; 2) Preparación electroquímica de componentes, placas de circuitos integrados, nanobaterías y fuentes de nanoluz en nanoelectrónica; 3) Procesamiento electroquímico de microsistemas y laboratorios de chips y fenómenos electrocinéticos interfaciales. Aplicación en la conducción de flujo de microfluidos; suministro de energía para vehículos eléctricos y suministro de energía de apoyo para la industria de la información; 5) Preparación de energía de hidrógeno por electrólisis; 6) Aplicación práctica de células fotoelectroquímicas de estado sólido y síntesis fotocatalítica en energía solar; 7) Luz para eliminar la contaminación ambiental y tecnología catalítica; tecnología electroquímica; 8) Fotocatálisis y tecnología de energía superficial inducida por luz en tecnología de autolimpieza y esterilización de vidrio, cerámica y tejidos; 9) Investigación electroquímica sobre macromoléculas biológicas, moléculas pequeñas activas y moléculas de fármacos;

Se estima que no habrá grandes avances en la tecnología experimental electroquímica a principios del siglo XX. La fuerza de la electroquímica cuántica en el equipo de electroquímica de China es relativamente débil. Sin embargo, las oportunidades en electroquímica a principios del siglo XX brindarían nuevos sistemas electroquímicos. Por lo tanto, la investigación sobre electroquímica en mi país debe tender a la investigación sobre nuevos sistemas electroquímicos, incluido el desarrollo de nuevos materiales, la estructura y desempeño de nuevos sistemas y las bases de aplicación de nuevos sistemas.

Referencias:

[1], Wang, Aplicación y desarrollo de la electroquímica, volumen 38, número 8, 2010.

[2]Wang Fengyun. Historia del desarrollo de la electroquímica orgánica. Educación Química. Números 7 y 8, 2001.

[2]Cen Yuan. Desarrollo y aplicaciones de la electroquímica. Guía de Innovación en Ciencia y Tecnología 2012 NO4

[3] Laboratorio Analítico: Desarrollo y Aplicación del Análisis Electroquímico. Junio ​​de 2003, volumen 22, número 6, 165438 + octubre.

Lin Zhonghua. Algunas tendencias de desarrollo de la electroquímica en el siglo XXI. electroquímica. Volumen 8, Número 2, febrero de 2002.