析氢反应与过电位的关系以及氢过电位的应用_郭平

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1、第32卷第7期Vol.32No.72009年07月Jul.2009析氢反应与过电位的关系以及氢过电位的应用郭平（山东大学化学与化工学院，山东济南250100）[摘要]介绍了氢过电位产生的机理，说明了析氢反应和过电位的关系，并举例介绍氢过电位的应用。[关键词]过电位；析氢反应；应用[中图分类号]O646.54[文献标识码]A[文章编号]1003-5095(2009）07-0012-04电极极化产生的氢过电位有时是对我们不利的，位（或析氢过电位，析氢反应过电位）。由于过电位的例如在水溶液电镀工业中，氢在阴极上析出是不可避存在，在实际电解时

2、要使正离子在阴极上发生还原，免的副反应，它不但对镀层有害，而且也使阴极的电外加于阴极的电势必须比可逆电极的电势更负一些；流效率降低。但有时，利用析氢反应和金属腐蚀形成要使负离子在阳极上氧化，外加于阳极的电势必须比共轭反应，控制析氢的速度可以减缓金属的腐蚀速可逆电极的电势更正一些。度，改善合金材料的过电位可以提高材料的使用性根据过电位产生的不同原因，通常可以把过电位能。如刘晓波[1]等在Sn-Ag合金中加入微量的轻稀土分为电化学过电位、浓差过电位和电阻过电位。假定和少量的Zn，改善钎料的过电位，使新型无铅软钎料已设法使浓差极化降至可以忽

3、略不计，要使这些电解应用到大电流、高电压和潮湿的环境中；高润生[2]则池的电解顺利进行，所加电压还必须比该电池的反电考察了Mo含量对RaneyNi-Mo活性阴极析氢过电位动势要大，特别是当电极上发生气体的时候，这种差的影响,得到了性能优良的镀层；程鹏里[3]用电镀法异就更大，这部分所需的额外电压就称为电化学过电制备了镍－钼析氢电极，考察了制备条件对该电极析位。一般来说析出金属的过电位较小，而析出气体，特氢活性的影响。别是氢、氧的过电位较大。1析氢反应与过电位的关系析氢反应过电位是各种电极过程中研究得最早1.1过电位也是最多的，但直到现

4、在仍有许多问题不甚清楚。在当一个电池与外接电源反向对接时，只要外加的1905年，Tafel提出了在电流密度中等或较高时用来电压大于该电池的电动势E，电池接受外界所提供的计算氢过电位的Tafel公式：电能，电池中的反应发生逆转，原电池就变成了电解η=a+bln(j/[j])(1)池[4]，回路中电流强度为零时所得的电压就是电解质式中j是电流密度，[j]是j的单位，a，b是常溶液的分解电压。从理论上讲，分解电压应该等于原数。常数a是电流密度j等于单位电流密度时的过电电池的可逆电动势，但实际上分解电压却大于可逆电位值，它与电极材料、电极表面

5、状态、溶液组成以及实动势，其中超出的部分是由于电极上的极化作用所验温度等有关。b的数值对大多数的金属来说却相差致。当电极上无电流通过时，电极处于平衡状态，与之不多，在常温下接近0.050V（如用以10为底的对相对应的电势是电极的可逆电势φ可逆，为了明确数，b约为0.116V。这就意味着，电流密度增加10地表示出电极极化的状况，常把某一电流密度下的电倍，则过电位约增加0.116V）。氢过电位的大小基本势φ不可逆与φ可逆之间的差值称为过电位η决定于a的数值。因此a的数值愈大，氢过电位也愈（也称超电势）。如果阴极析出的是氢气，就叫氢过电大。

6、Tafel经验公式表示了氢过电位与电流密度的定量关系。需要注意的是，当电流密度很小的时候，过电[收稿日期]2009-01-29位不遵守Tafel公式而出现另外一种性质的关系，即[作者简介]郭平（1988-），女，研究方向为材料物理与化学过电位与通过电极的电流密度成正比，可表示为等。η=ωj，ω的值与金属电极的性质有关。第7期郭平：析氢反应与过电位的关系以及氢过电位的应用·13·1.2析氢反应及析氢反应与过电位的关系看，对于有色金属冶金，诸如锌、铜等的水溶液电解，析氢反应就是氢离子或水分子在固体阴极进行较高的氢过电位对金属的析出是有利的

7、。在电解过程电解，发生氢的析出，如以下反应式所示：中，溶液中的金属离子和H+都将趋向于阴极。在阴极HO++e→1/2H+HO（在酸性介质中）（2）上，还原电势愈正者，其氧化态愈先析出。所以可以322HO+e→1/2H+OH（在碱性介质中）（3）-22说，正因为氢具有较高的过电位，这些金属才有可能按照现代观点，作为物质质点存在于水溶液中的采用水溶液电解质电解的方法来提取。氢离子，是由与水分子化学结合的阳离子组合而成例如,在铜的电解精炼中，阳极、阴极和电解液成的：分以及电解过程条件控制是提高纯阴极铜产率的重H→H++e(4)要因素。当这些

8、条件相对稳定或部分条件变化的时H++HO→(HO)+(5)23候，要提高铜的质量关键取决于添加剂的浓度对电解荷正电的质点(HO)+由于静电作用而吸引几个3[7，8]液质量的在线监控。水分子。因此，在水及水溶液中存在着水化