時(shí)間：2022-04-11 14:56:15
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電化學(xué)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
不開刀，也能使癌腫消退，這就是癌腫電化學(xué)治療儀的獨(dú)特之處。
過去，有些病人患了腫瘤，因?yàn)樾姆喂δ懿蝗仍蚨灰俗魇中g(shù)等治療，結(jié)果只好眼睜睜地看著癌細(xì)胞擴(kuò)散。有些轉(zhuǎn)移性腫瘤或體表腫瘤復(fù)發(fā)后，因?yàn)閭诮?jīng)常難以愈合，醫(yī)務(wù)人員也只能“望瘤興嘆”。醫(yī)務(wù)界對(duì)上述狀況束手無策多年，近來一種解決上述難題的癌腫電化學(xué)治療儀在國(guó)內(nèi)應(yīng)運(yùn)而生，并正在逐步推上臨床。
癌腫電化學(xué)醫(yī)療技術(shù)是瑞典著名放射等家陸登斯如門教授經(jīng)過20余年探索，利用生物閉合原理研究出的治療癌腫的新方法。近年來，我國(guó)有關(guān)醫(yī)學(xué)專家以及研究人員對(duì)此進(jìn)行了開發(fā)，并且在治療儀上配了電腦，使之居于國(guó)際領(lǐng)先地位。經(jīng)臨床驗(yàn)證，此類儀器治療癌腫的總有效率達(dá)97％。其中癌腫全消率為46％，縮小一半率為36％。
癌腫電化學(xué)治療儀是通過什么機(jī)理達(dá)到治療腫瘤的目的呢?原來，人體是由細(xì)胞等組成。細(xì)胞必須在各種合適的條件下才得以生存并發(fā)揮各自的功能。這個(gè)合適的條件當(dāng)然也包括細(xì)胞內(nèi)外正常的酸堿值。一旦改變了細(xì)胞內(nèi)外的任何條件，細(xì)胞就會(huì)失去或改變它的功能。甚至發(fā)生破裂。正常情況下，人體會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)以適應(yīng)環(huán)境的變化。而人為地破壞這些條件，細(xì)胞就會(huì)遭受破壞。癌腫電化學(xué)治療儀正是通過外接電源，人為地使腫瘤局部組織產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而改變細(xì)胞正常的生存條件，以達(dá)到治療腫瘤的目的。在治療時(shí)，這種人為的干預(yù)通過一組或多種正負(fù)電極針，沿腫瘤基底周邊刺進(jìn)腫瘤深部。在直流電電場(chǎng)作用下，腫瘤細(xì)胞組織的酸堿值發(fā)生劇烈變化，陽極區(qū)的酸堿值呈強(qiáng)酸性，陰極區(qū)的酸堿值呈強(qiáng)堿性。此時(shí)，癌細(xì)胞就會(huì)發(fā)生破裂。并導(dǎo)致蛋白凝固壞死，發(fā)生液化。這些壞死的腫瘤組織經(jīng)過近一個(gè)月的自然排斥，脫痂，從而使癌腫逐步縮小，以致于完全消除。這樣既不存在傷口愈合的問題，又達(dá)到了治療的日的。此儀器對(duì)可直視的癌腫以及不宜手術(shù)的癌腫提供了一種新的治療手段。
當(dāng)然，任何事物都不可能盡善盡美。尤其對(duì)癌腫的治療，目前更沒有絕對(duì)完善的手段。因此，癌腫電化學(xué)治療儀盡管有癌腫縮小明顯、病人痛苦小、無副作用、方便經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，然而它畢竟只能對(duì)腫瘤的實(shí)體部分進(jìn)行直接干預(yù)。腫瘤是一種全身性的疾病，如果體表的癌腫是身體其它部位轉(zhuǎn)移來的，只治其標(biāo)不治其本，還是不能從根本上解決問題。所以說，癌腫電化學(xué)治療儀只能有選擇地因人因病施用，切不可把它當(dāng)作治癌的萬能儀。當(dāng)今醫(yī)學(xué)界一致認(rèn)為，綜合治療是攻克腫瘤的最佳手段，因?yàn)橹挥羞@樣方可取長(zhǎng)補(bǔ)短，相得益彰。
一、 原電池的分析
在進(jìn)行分析之時(shí),必須明確下列觀點(diǎn):
1 每一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可設(shè)計(jì)成原電池;同理,每一個(gè)原電池都對(duì)應(yīng)一個(gè)能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)。
2 任何氧化劑均可制成氧化劑電極,任何還原劑均可制成還原劑電極:將固體物質(zhì)溥在惰性電極材料上,或?qū)⒍栊噪姌O材料浸沒在含有參與電極反應(yīng)的離子的溶液中,或?qū)怏w通到惰性電極材料上可分別形成固體電極、離子(或液體)電極、氣體電極。參與反應(yīng)的金屬本身可做直接用作電極。
3 原電池是一種將氧化還原反應(yīng)中的氧化過程和還原過程分開在兩個(gè)電極上同時(shí)進(jìn)行的裝置。氧化還原反應(yīng)中的電子通過外電路轉(zhuǎn)移,內(nèi)電流通過電解質(zhì)溶液的離子遷移連通電池的兩個(gè)電極。
一個(gè)原電池的各種關(guān)系可用上頁(yè)所示的圖示進(jìn)行描述,這也是分析原電池的思維原型。
如圖,只要分析了一個(gè)電池反應(yīng)中物質(zhì)化合價(jià)的變化關(guān)系,按上圖所示流程就可得出該電池的電極極性,書寫電極方程式、判斷電流方向、電子流向以及電解質(zhì)溶液中的離子遷移方向等。在書寫電極反應(yīng)式時(shí),可將其當(dāng)做離子方程式進(jìn)行配平。式中的“n”由化合價(jià)總變化數(shù)確定,正負(fù)極電極反應(yīng)中得失電子不一定要求相等,但一個(gè)式子中電荷必須守恒,若不能守恒,則用H+、OH-找平電荷,用H2O找平H和O,同時(shí)考慮電解質(zhì)溶液中的某些離子可能也會(huì)參加電極反應(yīng),這時(shí)也一并加入到電極反應(yīng)式中。
例1 用鎂片、鋁片、NaOH溶液、導(dǎo)線和鹽橋(裝有瓊脂-KNO3的U型管)構(gòu)成一個(gè)原電池。以下有關(guān)該原電池的敘述正確的是( )
① 在外電路中,電子由鎂電極流向鋁電極
② 由于Mg比Al活潑,所以Mg為負(fù)極,鋁為正極。
③ 實(shí)驗(yàn)過程中取出鹽橋,由于不能形成閉合回路,原電池不能繼續(xù)工作
④ 電池的負(fù)極反應(yīng)式為Al―3e-+ 4OH―=AlO-2+2H2O
A. ①②
B. ②③
C. ②④
D. ③④
解析:該原電池對(duì)應(yīng)的電池反應(yīng)為2Al+2NaOH+6H2O2NaAlO2+3H2+4H2O,分析該反應(yīng)還原劑為Al,失電子,該電極是電子流出極,就是電流流入極,為電池的負(fù)極。氧化劑為H2O,得電子,Mg與水形成液體電極應(yīng)為電池的正極;在該電池中,雖然Mg比Al更活潑,但Mg不能和NaOH溶液反應(yīng),在反應(yīng)中沒有失去電子,因而不是負(fù)極。①②錯(cuò)。而③④正確,本題答案D。通過分析電池反應(yīng)不會(huì)產(chǎn)生Mg為負(fù)極的錯(cuò)誤,避免了機(jī)械記憶產(chǎn)生的思維遷移錯(cuò)位。
另外,書寫原電池的電極反應(yīng)式是學(xué)生感覺最為困難的,特別是燃料電池的電極反應(yīng)式。采用電池反應(yīng)分析之后,學(xué)生只要能將氧化還原反應(yīng)拆寫成兩個(gè)半反應(yīng),就知道如何書寫電極反應(yīng)式。看下面的例子:
例2 一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是 。
解析:電池負(fù)極應(yīng)是還原劑電極:
(還原劑)C-2H3OH-[4-(-2)]e-=(氧化產(chǎn)物)CO+42
酸性環(huán)境中用“H+”找平電荷,在式子的右邊加“6H+”,“H、O”守恒,在式子左邊加“H2O”
即得CH3OH - 6e-+ H2OCO2+6H+,C正確。
二、 電解池的分析
電解池分析的關(guān)鍵在于:
1 明確粒子放電的本質(zhì)就粒子與電極之間發(fā)生電子轉(zhuǎn)移。當(dāng)有多個(gè)粒子可以在同一電極放電時(shí),存在放電的先后順序――氧化性、還原性愈強(qiáng)的粒子愈先放電。
2 電源的作用是將不易失電子的粒子強(qiáng)行奪取其電子,再通過電源本身轉(zhuǎn)移到不易得電子的粒子中,從而使不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)得以進(jìn)行,使不易進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)更易進(jìn)行。在電解池中電源的作用可用“電子泵”形象描述。(如下圖)
關(guān)鍵詞： 有毒有機(jī)污染物 電化學(xué)法 前景
近年來電化學(xué)處理廢水的技術(shù)得到了飛速發(fā)展，給廢水處理帶來了新的活力，但目前該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外仍處于開拓階段，需要改進(jìn)的方面很多。其重點(diǎn)在于對(duì)電極材料的改性[1，2]，在早期的電化學(xué)技術(shù)中，人們多用金屬做陽極，這類電極在處理廢水的過程中容易發(fā)生溶出現(xiàn)象（如CuCu2+）[3]，使得陽極損耗，并且向水中引入雜質(zhì)。而不溶性的惰性電極（如Pt等）的催化活性不高，處理廢水的效果不甚理想。DSA電極不會(huì)發(fā)生溶出，并且具有較高的催化活性[4-8]，因而受到研究者的關(guān)注，并迅速發(fā)展成熟起來。現(xiàn)在對(duì)于陽極材料的研究主要集中在DSA陽極的性能改進(jìn)上，重點(diǎn)在于如何延長(zhǎng)電極壽命，提高電催化的活性。
電化學(xué)反應(yīng)是在電解池中進(jìn)行的，因此電解池的結(jié)構(gòu)對(duì)廢水處理的效果有很大影響。在發(fā)生直接電氧化時(shí)，污染物只有傳質(zhì)到電極表面，才能對(duì)其進(jìn)行降解。而間接電氧化時(shí)，高效率的處理只有在污染物與電化學(xué)產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑充分混合才能實(shí)現(xiàn)。因此用電化學(xué)方法處理廢水必須提高污染物的傳質(zhì)過程，加速污染物與氧化劑的混合，這就需要有高效的反應(yīng)器。由于污染物的電化學(xué)氧化發(fā)生在陽極表面，因此增大陽極表面積可提高降解效率，有助于提高時(shí)空產(chǎn)率。充分考慮各方面的影響因素，設(shè)計(jì)出高效合理的化學(xué)反應(yīng)器，最大限度地提高電解反應(yīng)速度，增大單位電解槽的反應(yīng)量是該領(lǐng)域工業(yè)化的緊迫任務(wù)。
盡管國(guó)外電化學(xué)處理廢水已有了很大的發(fā)展，其中不少已達(dá)到了工業(yè)化應(yīng)用的水平，但電化學(xué)作為一門在凈化環(huán)境中有所作為的學(xué)科，還處在不斷發(fā)展中。我國(guó)電化學(xué)處理廢水進(jìn)展緩慢，特別是在加強(qiáng)電化學(xué)技術(shù)與其他物理、化學(xué)、生物等其他環(huán)境處理方法聯(lián)用方面[9，10]，如把電化學(xué)與聲、光、磁技術(shù)相結(jié)合，使其發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)形成協(xié)同效應(yīng)，降低處理成本，提高工藝的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，拓寬電化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。
目前電化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要處理對(duì)象為模擬廢水、單一污染物質(zhì)的廢水或者染料廢水，對(duì)于其他成分復(fù)雜的實(shí)際工業(yè)廢水因其pH值、含鹽量等變化較大而缺乏較多的研究[11，12]。筆者認(rèn)為，隨著電極材料的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，電極反應(yīng)活性和選擇性，電化學(xué)催化反應(yīng)技術(shù)及反應(yīng)器結(jié)構(gòu)，供電方式和電極材料的優(yōu)化組合，以及多種技術(shù)的聯(lián)合使用等方面的改善。電化學(xué)方法處理難生物降解、成分復(fù)雜的廢水將會(huì)有較好的應(yīng)用前景。這一研究領(lǐng)域的突破，對(duì)提高電化學(xué)處理工藝的效率、降低處理成本具有非常重要的意義，可以為治理廢水中的污染物提供一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的新技術(shù)。
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關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；化學(xué)教學(xué)；電化學(xué)原理
中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）35-0240-02
歷年高考化學(xué)考試大綱中，對(duì)原電池、電解池原理的要求都是理解層次。因此電化學(xué)原理考查一直是高考卷中的常考點(diǎn)。本文通過對(duì)近幾年高考卷中該考點(diǎn)試題的解析與反思，望同學(xué)們能對(duì)電化學(xué)試題分析有一個(gè)清晰的思路。縱觀近年高考電化學(xué)的命題方向，主要有以下三種類型。
一、結(jié)合裝置單一考查原電池原理
例1.（2010廣東理綜卷-23）銅鋅原電池（如圖）工作時(shí)，下列敘述正確的是
A.正極反應(yīng)為：Zn—2e-=Zn2+
B.電池反應(yīng)為：Zn+Cu2+=Zn2++Cu
C.在外電路中，電子從負(fù)極流向正極
D.鹽橋中的K+移向ZnSO4溶液
答案：B、C
解析：本題以教材中經(jīng)典的含鹽橋原電池命題，考查電極反應(yīng)、閉合回路外電路中電子流向及內(nèi)電路中離子定向移動(dòng)方向。首先判斷出Zn是負(fù)極；電池總反應(yīng)即活潑金屬Zn置換出Cu的離子反應(yīng)；閉合回路外電路中負(fù)極失去電子流向正極，導(dǎo)致正極積累負(fù)電荷；電池內(nèi)電路電解質(zhì)溶液中，陽離子定向移動(dòng)向正極。
例2.（2009福建卷-11）控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3++2I-？葑2Fe2++I2設(shè)計(jì)成如右圖所示的原電池。下列判斷不正確的是
A.反應(yīng)開始時(shí)，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
B.反應(yīng)開始時(shí)，甲中石墨電極上Fe3+被還原
C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)
D.電流計(jì)讀數(shù)為零后，在甲中溶入FeCl2固定，乙中石墨電極為負(fù)極
答案：D
解析：本題將一個(gè)可逆的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成帶鹽橋的原電池裝置，考查電化學(xué)和化學(xué)平衡。分析甲乙燒杯中起始電解質(zhì)溶液，可知反應(yīng)開始向正向進(jìn)行，甲中電極反應(yīng)為Fe3++e-=Fe2+，則甲中石墨電極得電子，F(xiàn)e3+被還原；乙中電極反應(yīng)2I--2e-=I2，乙中石墨電極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；當(dāng)靈敏電流計(jì)為零時(shí)，說明電路中沒有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)靈敏電流計(jì)為零（即反應(yīng)平衡）后，再加入Fe2+，平衡逆向移動(dòng)，此時(shí)視逆反應(yīng)為原電池反應(yīng)，乙中正反應(yīng)產(chǎn)物I2反過來得電子放電，其中的石墨電極作正極。
二、綜合原電池、電解池原理考查
例3.（2012福建卷-9）將右圖所示實(shí)驗(yàn)裝置的K閉合，下列判斷正確的是
A.Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng)
B.電子沿ZnabCu路徑流動(dòng)
C.片刻后甲池中c（SO42—）增大
D.片刻后可觀察到濾紙b點(diǎn)變紅色
答案：A
解析：本題將帶鹽橋的Zn—Cu原電池裝置和濾紙型電解池串聯(lián)起來。對(duì)原電池來說，Zn作負(fù)極，Cu作正極，Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng)。B選項(xiàng)電子流向ab是內(nèi)電路溶液環(huán)境，溶液中不可能通過電子；C選項(xiàng)中硫酸根離子不會(huì)放電，濃度應(yīng)基本保持不變。D選項(xiàng)中濾紙a點(diǎn)連接負(fù)極Zn，作電解池陰極，水中的氫離子放電，溶液中氫氧根有剩余，顯堿性變紅色。反思：近幾年無論江蘇、廣東、上海化學(xué)單
科卷，還是大綱和新課標(biāo)理綜卷，不斷出現(xiàn)將原電池、電解池綜合設(shè)計(jì)在一個(gè)題中綜合考查。分析時(shí)，緊抓“氧化還原反應(yīng)”根，構(gòu)造如左圖的思維模型，理清分析思路。
總之，電化學(xué)反應(yīng)分析時(shí)，可抓住以下四點(diǎn)：
1.自發(fā)的（不通電可反應(yīng)）且放熱的氧化還原反應(yīng)可設(shè)計(jì)為原電池反應(yīng)；受迫的（通電才反應(yīng)）氧化還原反應(yīng)可設(shè)計(jì)為電解池反應(yīng)
2.無論原電池、電解池，抓住“負(fù)極恒為電子流出的一極”為起點(diǎn)進(jìn)行分析。
電化學(xué)在生活中的應(yīng)用，就是把電化學(xué)應(yīng)用到各種生產(chǎn)技術(shù)中，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥業(yè)等領(lǐng)域。在金屬腐蝕的應(yīng)用方面，電解質(zhì)溶液中，作為陽極的金屬比陰極的金屬更易失去電子，所以形成電子的轉(zhuǎn)移，同時(shí)陽極被氧化，陰極就被保護(hù)起來了。例如在輪船上，為了防止船體的鋼鐵銹蝕，所以在輪船體下方焊接一些鋅塊；在工業(yè)上，許多金屬的冶煉和精煉，如鋰、鈉、鈹、鎂、鋁和希土金屬等的冶煉，鎳、銅、鋅、鎘、鉛等的精煉或提純，都可以用電解的方法來實(shí)現(xiàn)。利用電解的方法還可以制備許多基本化工產(chǎn)品，如氫氧化鈉、氯酸鉀、過氧化氫等。電化學(xué)方法在機(jī)械制造部門也得到重要應(yīng)用，如電鍍、電解加工、電拋光、電泳涂漆等。電化學(xué)工業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的重要組成部分同時(shí)還和各個(gè)學(xué)科有著密切的聯(lián)系，我深深地感受到電化學(xué)與物理化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、熱力學(xué)有著密切的聯(lián)系。
一、電氧化處理污水
在脈沖電流作用下，電氧化反應(yīng)器里的特殊電極會(huì)產(chǎn)生的羥基自由基和活化氧自由基。由于這兩種自由基有超強(qiáng)的氧化能力，因此當(dāng)廢水流經(jīng)電氧化器時(shí)，水中的有機(jī)污染物將會(huì)被氧化降解直到變成無機(jī)物（如二氧化碳和水）。這個(gè)方法的缺點(diǎn)是：電耗大，完全氧化去除1公斤的COD需要耗電15-25度，平均20度。顯然，這對(duì)電能緊張地區(qū)，很難被企業(yè)所接受。針對(duì)這個(gè)問題，英國(guó)一家環(huán)境公司對(duì)電氧化法進(jìn)行改良，通過電極的排列，電流的密度及水力停留時(shí)間的控制：讓電氧化只分解破壞有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)（如對(duì)雜環(huán)類多環(huán)芳香族化合物開環(huán)和破鏈，提高它們的生化性），而不是把它們完全氧化成成無機(jī)物。換句話說，電氧化只做預(yù)處理，處理后，廢水再進(jìn)行生化。這樣可使難降解的有機(jī)污染物得到經(jīng)濟(jì)有效的去除。
二、電催化——氧化
這個(gè)方法是：用鐵片做電極，鐵片之間填充活性碳顆粒作催化劑，在電場(chǎng)作用下，槽內(nèi)電極材料在高梯度電場(chǎng)的作用下復(fù)極化，形成復(fù)極粒子。通過鼓入空氣，經(jīng)復(fù)極粒子催化產(chǎn)生過氧化氫（見反應(yīng)式1），H2O2和從陽極溶解下來的亞鐵離子生成羥基自由基（見反應(yīng)式2）分化降解水中有機(jī)污染物分子。（1）O2+2H2O+2e=>H2O2+2OH-…………；（2）H2O2+Fe2+=>OH.+OH-+Fe3+……………。近期試驗(yàn)研究表明，為了促進(jìn)有機(jī)污染物的降解，在活性碳顆粒表面涂上一層氧化鈰波膜，可提高催化效果。目前國(guó)內(nèi)正在開發(fā)“三維三相電極處理污水”，就是這種技術(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)是投資成本小，占地面積少。缺點(diǎn)是電耗特大，去除1公斤的COD需要耗電40多度。另外，活性碳顆粒經(jīng)常要更換，而且要求不是酸性的廢水，一般要調(diào)到酸性（pH
三、電絮凝氣浮法處理污水
用鐵片或鋁片做陽極，石墨做陰極在電場(chǎng)作用下，利用產(chǎn)生的鐵或鋁離子絮凝水中膠體或懸浮物。它的原理和鐵碳床內(nèi)電解相似，不同的是內(nèi)電解不需外加電場(chǎng)但需水是酸性的，而電絮凝需外加電場(chǎng)，但對(duì)酸堿度沒特別要求。電絮凝處理污水如果設(shè)計(jì)得當(dāng)，要比直接加聚合鐵或鋁混凝處理污水便宜多了。此方法在國(guó)內(nèi)已開始火熱起來，用于預(yù)處理負(fù)荷高的廢水，但它對(duì)有機(jī)污染物分子降解氧化能力有限。也就是說，如果水中膠體或懸浮物很少的話，它對(duì)COD的去除能力有限應(yīng)用電化學(xué)涉及到的研究領(lǐng)域非常多，我對(duì)其在生物和醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用領(lǐng)域比較感興趣，尤其是生物體的電現(xiàn)象，如1791年伽伐尼的青蛙實(shí)驗(yàn)就證明了動(dòng)物組織與電的互相作用，生物體內(nèi)的信息傳導(dǎo)大多依靠電信號(hào)來進(jìn)行，如聽覺、視覺、觸覺、動(dòng)作、思考，可以說，人的正常活動(dòng)離不開電信號(hào)，而電信號(hào)是可以通過儀器來測(cè)定的，如人的心電波，通過電位的高低來判斷人的心臟是否正常，這就是電化學(xué)的應(yīng)用。而對(duì)人死亡的判斷，是靠測(cè)定腦波的電位，一旦腦部的電信號(hào)消失，就能確認(rèn)此人已死。由此引出了我多年來都思考的一個(gè)問題——人是否有“靈魂”，在常人看來“靈魂”是迷信的說法，但我認(rèn)為，肯定有一種東西離開人體后才會(huì)導(dǎo)致人的死亡，這就是電信號(hào)，至于離開的電信號(hào)是否會(huì)到另一個(gè)生命的身上，我們都不得而知。
關(guān)鍵詞：氨氣；電化學(xué)傳感器；銥催化劑；電化學(xué)活性物質(zhì)；二氯化鈷
Abstract: Using the Ir catalyst prepared with a new complex reduction method using NH4F as the complexing reagent for Electrode catalyst of the electrochemical ammonia sensor, Select special neutral electrolyte cobalt dichloride worked as support medium of the sensor, which is an electrochemical active substances, by measuring its redox current Indirectly response to the concentration of ammonia. And by the improvement of technology and addition of new materials ammonia gas sensor exhibits good characteristics in stability ,accuracy ,recurrence sensitivity, response and recovery and linearity.
Keywords: Ammonia; Electrochemical sensor; Iridium catalyst; Electrochemical active material; cobalt dichloride
中圖分類號(hào)：G436文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
0前言
氨是無色而有刺激氣味的堿性氣體，但作為一種重要的化工原料，應(yīng)用廣泛，主要用于制造硝酸、炸藥、合成纖維，大量用于制尿素，銨態(tài)氮肥，也可用作制冷劑。
氨氣對(duì)環(huán)境有嚴(yán)重危害，對(duì)水體、土壤和大氣可造成污染。對(duì)人體的上呼吸道有刺激和腐蝕作用，減弱人體對(duì)疾病的抵抗力。濃度過高時(shí)除腐蝕作用外，還可通過三叉神經(jīng)末梢的反射作用而引起心臟停搏和呼吸停止。
室內(nèi)空氣質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號(hào)：GB/T18883-2002）中規(guī)定：氨的濃度標(biāo)準(zhǔn)為0.20mg/每立方米。
目前對(duì)氨氣常用的監(jiān)測(cè)方法，有納氏試劑比色法、光學(xué)分析儀器法以及應(yīng)用氣體傳感器等。但這些方法往往由于或者檢測(cè)精度不高，或者由于檢測(cè)不方便、費(fèi)用高，或者由于不能快速實(shí)時(shí)的檢測(cè)，近年屢屢發(fā)生氨氣泄漏給人們帶來的巨大生命財(cái)產(chǎn)損失。
現(xiàn)今商品化的控制電位電解型電化學(xué)傳感器具有檢測(cè)范圍寬、測(cè)量精度高、價(jià)格低廉、 可用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，備受人們的重視[1—3]。但是由于氨氣通常很穩(wěn)定，NH3 在電極表面氧化機(jī)理比較復(fù)雜，中間產(chǎn)物較多，并且傳感器電解質(zhì)的選擇與工藝的變化會(huì)對(duì)傳感器實(shí)際應(yīng)用性能產(chǎn)生根本性的影響，這在一定程度上限制了該傳感器的發(fā)展和應(yīng)用。[4]國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品存在靈敏度較低、噪聲過大、壽命短、需要外加偏壓等缺點(diǎn)。本文擬從催化劑、電解質(zhì)選擇等方面入手，制造出高水平的電流型NH3 傳感器。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1電化學(xué)測(cè)量
1.1.1催化劑制備
催化劑的制備采用一種新型的、以 NH4F作絡(luò)合劑的絡(luò)合還原法制備Ir 催化劑，這種催化劑在中性電解液中對(duì)氨還原有很好的電催化性能。[5]
1.1.2控制電位電化學(xué)氣體傳感器結(jié)構(gòu)和工作原理
1.1.2.1結(jié)構(gòu)
定電位電化學(xué)氨氣氣體傳感器是由三電極構(gòu)成，它的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
透氣孔
殼體
工作電極 透氣膜
電解液
對(duì)電極 參比電極
管腳
圖1 電化學(xué)氨氣氣體傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
1.1.2.2工作原理
由傳感器的結(jié)構(gòu)可見，工作電極與對(duì)電極組成一電極對(duì)，當(dāng)這對(duì)電極浸入電解液中，兩電極間加上電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生極化。若工作電極為正，對(duì)電極為負(fù)，則電解液中的負(fù)離子移向工作電極，而正離子移向?qū)﹄姌O，此時(shí)被測(cè)氣體擴(kuò)散到工作電極上，在催化劑作用下會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)釋放出電荷。當(dāng)電極電位一定時(shí)，反應(yīng)電流與氣體濃度和擴(kuò)散系數(shù)成正比，與擴(kuò)散電極厚度成反比。
I=nFADC/δ
式中：I—反應(yīng)電流；n—反應(yīng)中1摩爾氣體釋放的電子數(shù)；F—法拉第常數(shù)；A—反應(yīng)界面面積；D—?dú)怏w擴(kuò)散系數(shù)；C—?dú)怏w濃度；δ—?dú)怏w擴(kuò)散電極厚度。
1.2傳感器測(cè)試系統(tǒng)
氨氣傳感器測(cè)試系統(tǒng)采用鄭州煒盛電子科技有限公司的ZD-03電化學(xué)電腦測(cè)試系統(tǒng)；
氨氣為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心標(biāo)準(zhǔn)氣體。
2 結(jié)果與討論
2.1電解液的選擇
由于氨氣屬于堿性氣體，所以傳統(tǒng)的酸性電解質(zhì)由于能和氨氣反應(yīng)而不適合做電解液，只能選取偏中性或堿性電解質(zhì)，除此之外，作為傳感器電解質(zhì)的選取應(yīng)該遵循電導(dǎo)率大、蒸汽壓小、溶解度隨溫度的影響小、性質(zhì)穩(wěn)定，不易變質(zhì)等原則。
依據(jù)以上原則，可供選擇的電解質(zhì)少子又少，經(jīng)過優(yōu)化，選擇了乙酸鉀作為電解質(zhì)，配合上催化性能優(yōu)越的銥催化電極，確實(shí)可以達(dá)到檢測(cè)氨氣的目的，但是這樣的氨氣傳感器有很多缺陷，例如靈敏度低等。
造成上述缺陷的原因主要是因?yàn)榘睔獾幕瘜W(xué)性質(zhì)相對(duì)比較穩(wěn)定，常溫下很難被氧化。在電解液中加入一種電化學(xué)活性物質(zhì)，通過這種活性物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)來反映氨氣的濃度。這種物質(zhì)在氨氣的加入能表現(xiàn)出電化學(xué)活性，這種物質(zhì)反應(yīng)中產(chǎn)生的電荷與氨氣濃度在量上呈線性關(guān)系，優(yōu)選鈷的二價(jià)鹽，反應(yīng)機(jī)理為：
工作電極：NH3+H2ONH4++OH-
2CO2++ OH- CO2O3+H++2e-
對(duì)電極：O2/2+ 2H++2e- H2O
2.2 以Ir 作為電極、CoCl2作為支持電解質(zhì)的控制電位電解型氨氣傳感器性能測(cè)試
傳感器內(nèi)充滿40%的CoCl2為主的電解質(zhì)溶液，添加保水材料，平行組裝兩只傳感器(1，2)對(duì)一系列濃度范圍的標(biāo)氣進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表1。
表1 傳感器性能測(cè)試數(shù)據(jù)
2.2.1 傳感器線性的測(cè)定
圖2為氨氣傳感器輸出信號(hào)與氣體濃度線性曲線，通過數(shù)據(jù)圖形分析，在選定的濃度測(cè)試范圍內(nèi)，傳感器的響應(yīng)電流與氣體濃度表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。
圖2傳感器輸出信號(hào)與氣體濃度線性曲線
關(guān)鍵詞：A3鋼；腐蝕；方法；分析
中圖分類號(hào)：TG265 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 前言
線性極化法根據(jù)Stern-Geary方程式，活化極化控制腐蝕體系，線性極化電阻Rp與腐蝕速度成反比，即Rp越大，腐蝕速度越小。
采用電位掃描法測(cè)量金屬在腐蝕介質(zhì)中的穩(wěn)態(tài)陰、陽極極化曲線，作φ～lgi圖確定強(qiáng)極化區(qū)內(nèi)陽極和陰極Tafel直線的電位范圍，分別對(duì)陽極和陰極Tafel直線進(jìn)行線性擬合，確定擬合直線的斜率。
動(dòng)電位掃描法在弱極化區(qū)測(cè)量穩(wěn)態(tài)極化曲線，運(yùn)用Corr View數(shù)據(jù)擬合中的Tafel法對(duì)所測(cè)極化曲線進(jìn)行非線性曲線擬合，并對(duì)所測(cè)極化曲線腐蝕電位附近的線性區(qū)進(jìn)行線性擬合來近似計(jì)算極化電阻Rp。
用上述方法研究A3鋼在0.5mol/L稀硫酸中的腐蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)，為A3鋼在酸性介質(zhì)中的應(yīng)用提供了理論參考。
2 結(jié)果與討論
2.1 三種測(cè)量的數(shù)據(jù)及處理
采用動(dòng)電位掃描測(cè)量極化曲線，分析得出Tafel直線法測(cè)量動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表2。
數(shù)據(jù)分析得出電流掃描法的所測(cè)得的動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表3。
通過動(dòng)電位掃描法利用所測(cè)極化曲線進(jìn)行非線性曲線，如圖1所示，數(shù)據(jù)分析得出弱極化法測(cè)量的動(dòng)力學(xué)參數(shù)見表4。
幾種測(cè)量方法中的腐蝕電位相差不多。說明，不同的方法對(duì)腐蝕電位的測(cè)量不會(huì)造成嚴(yán)重的影響。
2.2 對(duì)三種穩(wěn)態(tài)測(cè)量方法的討論分析
線性極化法對(duì)腐蝕體系的干擾小、測(cè)量時(shí)間短、重現(xiàn)性好。且對(duì)腐蝕的變化響應(yīng)快，能夠獲得瞬間腐蝕速率。但線性極化電阻法本身不能判別緩蝕劑對(duì)陰、陽極過程的抑制程度。此外，該法只適用于均勻腐蝕，不能提供局部腐蝕的信息。
測(cè)量金屬的極化曲線可以采用控制電位法或控制電流法，在測(cè)量金屬的陽極鈍化曲線時(shí)必須采用控制電位法，對(duì)于活化極化控制的腐蝕體系的強(qiáng)極化測(cè)量時(shí)采用控制電流法時(shí)控制信號(hào)的微小偏差對(duì)響應(yīng)信號(hào)的影響較小。主要缺點(diǎn)是對(duì)腐蝕體系極化強(qiáng)、電極電勢(shì)偏離自腐蝕電勢(shì)較遠(yuǎn)，對(duì)腐蝕體系的干擾太大；由于極化到Tafel直線所需的電流較大，易引起電極表面的狀態(tài)、真實(shí)表面積和周圍介質(zhì)的顯著變化；在大電流作用下，可能使Tafel直線變短，也可能使本來彎曲的極化曲線部分變直，用外推法作圖時(shí)對(duì)測(cè)得的icorr帶來誤差。
弱極化區(qū)的測(cè)試，對(duì)金屬腐蝕的動(dòng)力學(xué)方程式未作任何近似處理，利用此方法測(cè)得的腐蝕速度的準(zhǔn)確度較高極化電位范圍也較為適中，因此理論上此法的腐蝕速度應(yīng)更接近腐蝕金屬電極的實(shí)際腐蝕情況。
3 結(jié)論
（1）線性極化法快速靈敏，適用于均勻腐蝕。
（2）Tafel直線法簡(jiǎn)單方便，但對(duì)擬合要求較高。
（3）弱極化法接近腐蝕的實(shí)際情況。
（4）對(duì)于不同的腐蝕體系和腐蝕情況，應(yīng)該參考資料和經(jīng)驗(yàn)確定合適的研究實(shí)驗(yàn)方法。掌握電化學(xué)原理發(fā)展起來的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)的原理及應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)步，將有助于對(duì)腐性與防護(hù)技術(shù)的深入研究和開發(fā)。
參考文獻(xiàn)
[1]聶立軍，譚澄宇. A3 鋼在硫酸溶液中的電化學(xué)腐蝕行為特征[J].腐蝕與防護(hù)，2005（10）.
[2]蔡榮秋，林整.用線性極化法研究碳鋼在幾種酸性介質(zhì)中的腐蝕行為[J].化學(xué)工程與裝備，2007：4-7.
一、筆者的想法
想法一：教師必須能夠從電化學(xué)若干紛亂繁雜的知識(shí)中抽象出最核心的知識(shí)內(nèi)容。
想法二：在核心知識(shí)的教學(xué)過程中，教師必須舍得投入，尤其是時(shí)間上的投入。
想法三：最終達(dá)到讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用核心原理對(duì)各種復(fù)雜的表面現(xiàn)象進(jìn)行分析、抽象、概括、應(yīng)用的目的。
二、筆者的教學(xué)行為
（一）電解復(fù)習(xí)
電解復(fù)習(xí)第一課時(shí)，筆者提了三個(gè)問題，用這三個(gè)問題組織復(fù)習(xí)課的教學(xué)。
1.請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置，并以它為例研究在能量轉(zhuǎn)化過程中，各種微觀粒子是如何運(yùn)動(dòng)與變化的？
2.什么是惰性電極與活性電極？你是如何理解的？請(qǐng)舉例說明。利用電能能否讓反應(yīng)“Cu+H2SO4=CuSO4+H2”發(fā)生？如果能夠發(fā)生，則應(yīng)如何設(shè)計(jì)其裝置？原理是什么？
3.應(yīng)如何設(shè)計(jì)銅的精煉及電鍍裝置的整體設(shè)計(jì)方案？微觀過程是怎樣的？請(qǐng)畫出裝置解析過程。
上課后，老師給學(xué)生15分鐘時(shí)間，讓學(xué)生對(duì)著上述三個(gè)問題，查閱相關(guān)資料，做出回答。15分鐘之后，老師組織學(xué)生進(jìn)行分組交流討論。課堂最后15分鐘，老師根據(jù)學(xué)生的整體情況，做最后的點(diǎn)撥解析。
第二課時(shí)：
在第一節(jié)課的學(xué)生自思、同伴交流、教師點(diǎn)撥的基礎(chǔ)上，再次引導(dǎo)學(xué)生分析電解各種類型電解質(zhì)溶液時(shí)的微粒運(yùn)動(dòng)與變化情況。整節(jié)課，筆者一直與學(xué)生一起分析電解過程中各種相關(guān)微粒的運(yùn)動(dòng)與變化。然后，筆者讓學(xué)生根據(jù)這兩節(jié)課的復(fù)習(xí)，在大腦中想象一個(gè)電解過程的“動(dòng)態(tài)的微粒運(yùn)動(dòng)變化圖”，結(jié)果學(xué)生都能想象得到。（運(yùn)動(dòng)：電子從電源負(fù)極流到陰極，從陽極流回電源正極；溶液中陽離子向陰極運(yùn)動(dòng)，陰離子向陽極移動(dòng)。變化：陽離子在陰極得到電子，化合價(jià)降低，發(fā)生還原反應(yīng)；陰離子在陽極失去電子，化合價(jià)升高，發(fā)生氧化反應(yīng)。）到課堂最后，筆者告訴學(xué)生，電解過程的“動(dòng)態(tài)的微粒運(yùn)動(dòng)變化圖”是解所有電解相關(guān)習(xí)題的一把萬能鑰匙，有了這把鑰匙，所有的電解問題便可迎刃而解。
（二）原電池的復(fù)習(xí)
對(duì)于原電池的復(fù)習(xí)教學(xué)，筆者基本采用了同樣的教學(xué)策略。
第一課時(shí)，筆者設(shè)計(jì)兩個(gè)問題來組織復(fù)習(xí)課的教學(xué)。
1.設(shè)計(jì)一個(gè)“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”的裝置。在能量轉(zhuǎn)化過程中，各種微粒在內(nèi)外電路中是如何運(yùn)動(dòng)與變化的？
2.體驗(yàn)課本中出現(xiàn)的各種電池電極反應(yīng)的書寫原理，總結(jié)電池電極反應(yīng)的書寫思路。
教學(xué)組織過程仍然是學(xué)生自己思考15分鐘，同伴相互交流15分鐘，教師根據(jù)前兩個(gè)環(huán)節(jié)中當(dāng)堂捕獲的相關(guān)信息，進(jìn)行15分鐘的點(diǎn)撥。
第二課時(shí)：
根據(jù)學(xué)生對(duì)原電池電極反應(yīng)書寫較困難的實(shí)際情況，筆者在第二課時(shí)和學(xué)生一起把相關(guān)練習(xí)冊(cè)中出現(xiàn)過的所有原電池的電極反應(yīng)都寫了一遍。筆者先告訴學(xué)生書寫電池電極反應(yīng)的四步曲（以電池負(fù)極反應(yīng)為例）：第一步，標(biāo)出電極名稱和變化情況。第二步，找出化合價(jià)升高的元素，寫出反應(yīng)的骨架。第三步，找出“核心元素”對(duì)應(yīng)的物質(zhì)，對(duì)“骨架”進(jìn)行填充。第四步，研究電池環(huán)境，根據(jù)電荷及物質(zhì)守恒，寫出完整的電極反應(yīng)。按筆者所提出的“電池書寫四步曲”，本節(jié)課筆者把所有教學(xué)資料中能見到的電池反應(yīng)都和學(xué)生一起寫了一遍，并且每寫一個(gè)反應(yīng)都敘述一遍該電池放電時(shí)的各種相關(guān)微粒的運(yùn)動(dòng)與變化情況。（運(yùn)動(dòng)：電子在外電路從負(fù)極運(yùn)動(dòng)到正極，陽離子在內(nèi)電路運(yùn)動(dòng)到正極，陰離子在內(nèi)電路運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。變化：負(fù)極化合價(jià)升高，失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極化合價(jià)降低，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)。）筆者告訴學(xué)生，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的“動(dòng)態(tài)的微粒運(yùn)動(dòng)變化圖”也是解所有原電池相關(guān)習(xí)題的一把萬能鑰匙，結(jié)合電解鑰匙，如果能夠靈活應(yīng)用，所有電化學(xué)相關(guān)習(xí)題自然都能迎刃而解。
三、反思
第一，要善于抓主要矛盾，并把這種思路強(qiáng)化傳導(dǎo)給學(xué)生。
關(guān)鍵詞：超聲；對(duì)位取代苯酚；氧化；影響
一、引言
苯酚是典型的有機(jī)污染物，他們具有毒性和生物難降解性，許多工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水包含苯酚混合物，處理這一類混合物的傳統(tǒng)生物方法并未證明其有效性，而電化學(xué)氧化的方法因其干凈整潔、容易控制和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，提供了一種很有前途的解決生物難降解廢水的處理技術(shù)[1-3]。陽極材料在電化學(xué)氧化技術(shù)中是一個(gè)很重要的部分。不同的陽極材料導(dǎo)致不同的電化學(xué)氧化機(jī)理、影響和效率。總的來說，在一個(gè)活躍的陽極上，例如Pt、IrO2和RuO2，通過水的分解產(chǎn)生的羥基自由基與氧化物陽極相互作用，同時(shí)被轉(zhuǎn)移到氧化物陽極的晶格用以形成化學(xué)吸附的”活性氧”（氧氣在氧化物的晶格中，Mox+1）[4-8]。相反，羥基自由基不與沒有活性的陽極反應(yīng)，例如PbO2，SnO2，BDD（摻硼金剛石），因此有機(jī)化合物替代羥基自由基（?OH）在沒有活性的陽極上反應(yīng)。因?yàn)榱u基自由基是一個(gè)很強(qiáng)的氧化劑，PbO2，SnO2，BDD展示出對(duì)于有機(jī)污染物很高的氧化能力。在正常的操作條件下，電化學(xué)氧化過程是在傳質(zhì)下控制的。結(jié)果是，傳質(zhì)的增強(qiáng)似乎是優(yōu)化電化學(xué)氧化過程的一個(gè)非常重要的因素。低頻率的超聲通常是在20-40kHz范圍之間，并且它們易實(shí)現(xiàn)和使用。低頻率的超聲可以清潔電極表面，提高傳質(zhì)。因此，電化學(xué)氧化和超聲的聯(lián)合使用很合理，故作者想研究一下超聲對(duì)電化學(xué)氧化的影響以及不同陽極間的區(qū)別。
二、實(shí)驗(yàn)與討論
1.實(shí)驗(yàn)方法
對(duì)位羥基自由基（對(duì)硝基苯酚、對(duì)羥基苯甲醛，苯酚，對(duì)甲酚和對(duì)甲氧基苯酚）的電化學(xué)氧化在恒電流密度（20mA?cm-2），室溫（25℃）下進(jìn)行的。電解液（1mM基質(zhì)+0.2M硫酸鈉）體積是250mL。在不使用超聲時(shí)，電解質(zhì)在電解過程中通過磁力攪拌棒攪拌。在使用超聲時(shí)，電解池放在沒有磁力攪拌棒的超聲沖洗槽中（40kHz，150W）。為了保持室溫恒定，自來水不斷流過沖洗槽。陽極由一個(gè)BDD或一個(gè)PbO2電極組成，暴露的電極面積為4cm2。BDD電極來自德國(guó)的CONDIAS GmbH。PbO2是通過電沉積技術(shù)制得。一個(gè)同樣大小的不銹鋼片被用作陰極。電極間距離為10mm。從電解池中收集的樣品在規(guī)定期限內(nèi)進(jìn)行化學(xué)測(cè)試。
對(duì)位取代苯酚的濃度通過使用Agilent的HP1100高效液相色譜進(jìn)行測(cè)量。使用的是ZORBAX SB-C18色譜柱和二極管陣列檢測(cè)器。流動(dòng)相是甲醇/水（50/50），流速1.0mL?min-1。紫外檢測(cè)器檢測(cè)對(duì)硝基苯酚時(shí)，設(shè)定波長(zhǎng)是314nm，其他對(duì)位取代苯酚時(shí)設(shè)定波長(zhǎng)是280nm。化學(xué)需氧量（COD）使用滴定法測(cè)量，在酸性溶液中，150℃時(shí)，使用重鉻酸鹽作為氧化劑氧化2h（Hachi，USA）。
2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
對(duì)位取代苯酚（對(duì)硝基苯酚、對(duì)羥基苯甲醛，苯酚，對(duì)甲酚和對(duì)甲氧基苯酚）分別在使用超聲和不使用超聲時(shí)，在BDD電極和PbO2電極上進(jìn)行電化學(xué)氧化。圖1表示在電解期間基質(zhì)的濃度和化學(xué)需氧量（COD）的變化。我們可以觀察到，通過超聲作用基質(zhì)和化學(xué)需氧量（COD）的去除率有提高。但是這種加強(qiáng)作用，根據(jù)不同的對(duì)位取代苯酚和特定的陽極選擇不同而不同。
陽極上的變化，（C）、（D）基質(zhì)濃度和化學(xué)需氧量（COD）在PbO2陽極上的變化。進(jìn)行大量電解實(shí)驗(yàn)，使用或不使用超聲輔助， 對(duì)硝基苯酚， 對(duì)羥基苯甲醛 苯酚 對(duì)甲基苯酚和 對(duì)甲氧基苯甲醛。
表1列出在BDD電極和PbO2電極上不使用超聲（kele）和使用超聲（ksonel）時(shí)，對(duì)位取代苯酚和化學(xué)需氧量（COD）去除的速率常數(shù)。這些速率常數(shù)是通過把濃度數(shù)據(jù)代入下述動(dòng)力學(xué)一級(jí)反應(yīng)公式得到的。
其中，C（t）是在時(shí)間t時(shí)的濃度，C0是初始濃度，k是速率常數(shù)（以h-1為單位）。
表1注：在BDD和PbO2陽極上，不使用超聲（kelec）和使用超聲（ksonel）時(shí)對(duì)位取代基苯酚和化學(xué)需氧量（COD）的去除反應(yīng)速率常數(shù)
在目前的研究的條件下，超聲本身不能降解對(duì)位取代苯酚，這可能是因?yàn)槭褂玫某暰哂邢鄬?duì)低的頻率和小的能量密度。因此，基質(zhì)的去除的提高主要?dú)w因于通過使用超聲使傳質(zhì)增強(qiáng)。我們使用下述公式估算增加的范圍：
圖2是一個(gè)表示增長(zhǎng)百分比水平的柱狀圖，是根據(jù)五種對(duì)位取代苯酚在BDD和PbO2陽極上的對(duì)位取代苯酚的去除和化學(xué)需氧量（COD）降低。
圖2注： （A）和（B）分別為五種對(duì)位取代苯酚在BDD陽極上，不使用超聲（kelec）和使用超聲（ksonel）時(shí)對(duì)位取代基苯酚和化學(xué)需氧量（COD）的去除反應(yīng)速率常數(shù)的去除增長(zhǎng)百分比，（C）和（D）分別為五種對(duì)位取代苯酚在PbO2陽極上，不使用超聲（kelec）和使用超聲（ksonel）時(shí)對(duì)位取代基苯酚和化學(xué)需氧量（COD）的去除反應(yīng)速率常數(shù)的去除增長(zhǎng)百分比.
在BDD陽極上，對(duì)于對(duì)位取代苯酚的消除率的提高百分比在73%-83%范圍，化學(xué)需氧量（COD）的去除率的提高百分比在60%-70%范圍。但是，在PbO2陽極上，相應(yīng)的對(duì)位取代苯酚的消除率的提高百分比在50%-70%范圍，化學(xué)需氧量（COD）的去除率的提高百分比僅為5%-25%。在BDD電極和PbO2電極上，化學(xué)需氧量（COD）的去除的增長(zhǎng)百分比較對(duì)位取代苯酚的去除的增長(zhǎng)百分比小，這是因?yàn)橹虚g體化合物的形成。同樣一種對(duì)位取代苯酚在BDD電極和PbO2電極上增長(zhǎng)百分比不同是因?yàn)樵谶@兩種電極上不同的反應(yīng)機(jī)理。在下一章，我們對(duì)超聲在BDD電極和PbO2電極上的電化學(xué)氧化進(jìn)行全面的研究。
三、結(jié)論
超聲使對(duì)位取代苯酚在BDD電極和PbO2電極上的電化學(xué)氧化都明顯增強(qiáng)。同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，在BDD電極上的增強(qiáng)程度比在PbO2上的增強(qiáng)程度更明顯。在BDD陽極上，對(duì)于對(duì)位取代苯酚的消除率的提高百分比在73%-83%范圍，化學(xué)需氧量（COD）的去除率的提高百分比在60%-70%范圍。但是，在PbO2陽極上，相應(yīng)的對(duì)位取代苯酚的消除率的提高百分比在50%-70%范圍，化學(xué)需氧量（COD）的去除率的提高百分比僅為5%-25%。這是因?yàn)榱u基自由基在BDD電極上主要以自由形式存在，具有較大的反應(yīng)區(qū)域，相反在PbO2電極上被吸收，具有較小的反應(yīng)區(qū)域，超聲使這種增強(qiáng)在BDD電極上比在PbO2電極上更強(qiáng)。
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關(guān)鍵詞：電化學(xué)；圖像；電解
G633.8
現(xiàn)代化學(xué)在今天的飛速發(fā)展使得其成為當(dāng)今社會(huì)物質(zhì)文明和生產(chǎn)力發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。現(xiàn)代基礎(chǔ)科學(xué)教育中的高中化學(xué)是其重要組成部分之一，而且電化學(xué)是中學(xué)化學(xué)內(nèi)容別重要的一個(gè)分支，在生活中也是處處可以接觸到電化學(xué)知識(shí)。此外，歷年高考的考查內(nèi)容都會(huì)包含一定量的電化學(xué)知識(shí)，比例相對(duì)較高。對(duì)此，在電化學(xué)圖像問題的處理上探索出更高效的解題方法是一項(xiàng)十分艱巨的任務(wù)。
一、明確電化學(xué)的教學(xué)要求
一般對(duì)于電化學(xué)教學(xué)的要求有：第一，對(duì)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)進(jìn)行理解，并熟悉生活中的常見氧化還原反應(yīng)；第二，對(duì)電解池和原電池的工作原理進(jìn)行理解，記憶并能夠書寫常見電池反應(yīng)和電極反應(yīng)方程式；第三，對(duì)常見化學(xué)電源進(jìn)行學(xué)習(xí)，并進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的重要意義和應(yīng)用；第四，對(duì)金屬腐蝕的危害進(jìn)行了解，并學(xué)習(xí)金屬腐蝕中的電化學(xué)原因；第五，對(duì)新型化學(xué)電源的研制進(jìn)行學(xué)習(xí)，并認(rèn)識(shí)到電化學(xué)在能源問題中的重要地位。
二、培養(yǎng)電化學(xué)的建模思想
在化學(xué)學(xué)習(xí)和解題中建模思想占著十分重要的地位，尤其是在電化學(xué)圖像問題的解答過程中，可以優(yōu)化解題方法，使其更加程序化，能夠幫助學(xué)生對(duì)題目有一個(gè)更快速的理解和印象。下邊是常見電化學(xué)圖像問題的建模解法。首先，明確原電池的自發(fā)氧化還原反應(yīng)，也就是電解質(zhì)溶液與電極材料之間的氧化還原反應(yīng)，并寫出此氧化還原放映的離子方程式；其次，拆分一個(gè)氧化還原反應(yīng)為兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)：一個(gè)是氧化反應(yīng)，另一個(gè)是還原反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)也就是原電池兩級(jí)的化學(xué)反應(yīng)，其中一個(gè)口訣是：負(fù)升失氧，正降得還。
例1，原電池與氧化還原的關(guān)系
在化學(xué)反應(yīng)中要使 產(chǎn)生電流，可以通過下列組合實(shí)現(xiàn)此目的的是（ ）
A.負(fù)極- ；正極- ；電解質(zhì)溶液-
B.負(fù)極- ；正極- ；電解質(zhì)溶液-
C. 負(fù)極- ；正極- ；電解質(zhì)溶液-
D.負(fù)極- ；正極- ；電解質(zhì)溶液-
解析：在本反應(yīng)中，鐵本身是導(dǎo)體而且充當(dāng)還原劑，所以原電池反應(yīng)中鐵是負(fù)極；正極材料失去電子的能力又都比鐵弱，所以三價(jià)鐵離子是氧化劑。因此，在原電池中，電解質(zhì)應(yīng)當(dāng)是溶于水的鐵鹽。故選項(xiàng)B為正確答案。
三、熟練電化學(xué)的原理運(yùn)用
下面我們通過例題來體會(huì)一下這種解題方法。
例2，電解原理實(shí)際應(yīng)用
根據(jù)下面的圖像進(jìn)行解答， 是一種易氧化的化學(xué)物質(zhì)，因此我們的實(shí)驗(yàn)室中想要利用燒堿與亞鐵鹽的溶液反應(yīng)來獲取純凈的氫氧化亞鐵是很難實(shí)現(xiàn)的。但是利用下圖所示裝置就可以得到氫氧化亞鐵的沉淀物，其中兩極的材料分別是石墨與鐵。
（1）電極a的材料是_____，該處的電極反應(yīng)方程式為：
（2）容器中的電解質(zhì)d可以由_____來充當(dāng)，那么白色沉淀物就會(huì)在電極上產(chǎn)生；d也可以是_____，那么白色沉淀物會(huì)在容器中的溶液中產(chǎn)生。
A.純水
B.氯化鈉溶液
C.氫氧化鈉溶液
D.氯化銅溶液
（3）如果溶液c是苯，那么它的作用是_____，在將苯加進(jìn)去之前需要對(duì)溶液d進(jìn)行加熱，這樣做的目的是_____。
（4）如果將溶液d替換成硫酸鈉溶液，經(jīng)過一段時(shí)間的電解之后，會(huì)生成白色沉淀；然后將電源正負(fù)極反接，繼續(xù)進(jìn)行電解會(huì)發(fā)生的現(xiàn)象：電極上有氣泡產(chǎn)生，另外一個(gè)明顯的現(xiàn)象是：_____。
通過對(duì)題目進(jìn)行思考，我們可以得出這樣的結(jié)論來：
（1）如果想生成氫氧化亞鐵，首先得有亞鐵離子，因此鐵在反應(yīng)中做陽極。電極反應(yīng)方程式是： 。
（2）當(dāng)氫氧化鈉溶液做電解質(zhì)的時(shí)候，整個(gè)溶液呈堿性，陽極上產(chǎn)生的也鐵離子會(huì)氫氧根例離子結(jié)合生成白色沉淀；當(dāng)氯化鈉溶液做電解質(zhì)的時(shí)候，陰極附近的氫氧根離子在電場(chǎng)作用下向陽極移動(dòng)，同時(shí)陽極附近的亞鐵離子也向陰極移動(dòng)，二者在相遇處結(jié)合生成沉淀；當(dāng)另外兩種物質(zhì)溶液作為電解質(zhì)的時(shí)候則沒有辦法形成堿性溶液，因此答案為C，B。
（3）苯的作用是隔絕空氣，防止生成物被氧化；加熱d溶液的目的是為了趕盡溶液中的氧氣，同樣也是為了防止氧化。
（4）當(dāng)電解在電極反接之后發(fā)生的另一明顯現(xiàn)象是白色沉淀物迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色。
通過以上結(jié)論我們可以知道，單質(zhì)鐵在電極上發(fā)生反應(yīng)的時(shí)候，不管它是作為電解池的陽極還是死原電池的負(fù)極，都只能夠失掉兩個(gè)電子變成亞鐵離子。
四、規(guī)范電化學(xué)的解題順序
解答比較復(fù)雜的電化學(xué)圖像問題的時(shí)候，要想做到較高的正確率就要對(duì)題目有一個(gè)清晰地分析思路。這就要求學(xué)生要在教師的引導(dǎo)下養(yǎng)成良好的解題模式，講究一定的解題順序。第一，電解反應(yīng)中要出電源的正負(fù)極，分辨電解池的陰陽極；第二，書寫陽極反應(yīng)方程式先看清電極物質(zhì)，如果會(huì)非惰性物質(zhì)，那么就是該電極放電；否則就是溶液中的陰離子放電。其中離子的放電順序是： >含氧酸根離子。然后找出放電的陰離子并寫出陽極的反應(yīng)方程式；第三，根據(jù)溶液中的陽離子寫出陰極反應(yīng)方程式，判斷出是什么陽離子放電，并寫出陰極的電極反應(yīng)方程式；第四，寫出總反應(yīng)方程式，并注明反應(yīng)條件；第五，按照電解反應(yīng)繼續(xù)完成題目。
根據(jù)這樣的解題順序再去解答電化學(xué)圖像問題，就會(huì)有一定的規(guī)律可循。
例3，如圖，利用直流電源電解硫酸鈉溶液，電源接通后在兩個(gè)電極a和b（均為石墨）附近滴幾滴石蕊溶液，會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象（ ）
A.在a極逸出的氣體體積小于b極逸出的氣體體積
B.其中一個(gè)電極產(chǎn)生的是無味氣體，而另一個(gè)電極產(chǎn)生刺激性氣味氣體
C.a極附近呈現(xiàn)紅色，b極附近藍(lán)色
D.a極附近呈現(xiàn)藍(lán)色，b極附近紅色
按照上述順序?qū)︻}目進(jìn)行解答，電解硫酸鈉溶液本質(zhì)就是電解水，其中a極是陰極，b極是陽極。在a極產(chǎn)生的氣體是氫氣，b極產(chǎn)生的氣體是氧氣，體積是氫氣的一半。在a極附近氫離子得到電子導(dǎo)致其附近氫氧根離子濃度上升，滴入石蕊溶液變藍(lán)。B極氫氧根離子失去電子導(dǎo)致氫離子濃度上升，滴入石蕊變紅。通過這樣的分析，可以確定選項(xiàng)D是正確的。
綜上所述，由于電化學(xué)圖像問題是電化學(xué)問題中的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，也是高中化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。在高考中電化學(xué)圖像問題的分量也很重，因此在高中的化學(xué)教學(xué)過程中教師要重視電化學(xué)圖像問題的解題教學(xué)，從思路和方法上進(jìn)行教學(xué)，將概念通過多種途徑滲透給學(xué)生，幫助學(xué)生提高化學(xué)素質(zhì)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：電化學(xué)氧化法；作用機(jī)理；影響因素
中圖分類號(hào)：C33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
1 試驗(yàn)裝置
試驗(yàn)用水為制藥廢水經(jīng)生化處理后的二沉池出水，COD初始濃度為2500mg/L左右，電解槽為10×10×15cm的有機(jī)玻璃槽，陽極板采用鈦涂釕氧化電極，陰極采用石墨電極，電源采用電源使用MPS702 直流電源( 最大電壓36 V,
最大電流30.7 A)，試驗(yàn)裝置如圖2所示。
圖2 試驗(yàn)裝置圖
2 檢測(cè)方法
試驗(yàn)中COD濃度的檢測(cè)采用K2CrO6氧化還原滴定法，采用的儀器為COD微波消解儀。本試驗(yàn)采用單因素理論，通過對(duì)其他試驗(yàn)條件的控制，達(dá)到對(duì)原水COD初始濃度重要性的考察。
3 試驗(yàn)結(jié)果與討論
3.1 初始濃度對(duì)COD去除效果的影響
本試驗(yàn)通過原水不同稀釋倍時(shí)的控制，達(dá)到對(duì)處理水質(zhì)COD濃度的有效控制，分別采用稀釋0倍（COD濃度2000mg/L）、稀釋1倍（COD濃度1000mg/L）、稀釋兩倍稀釋2倍（COD濃度670mg/L）。
試驗(yàn)條件：電流：4A；初始pH：8.0；電解質(zhì)：0.01mol/L的Na2SO4；極板間距：10cm
試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示：
圖3 初始濃度對(duì)COD去除效果的影響
圖3顯示了在不同初始濃度下，溶液中COD濃度與反應(yīng)時(shí)間的變化關(guān)系，從中我們可以發(fā)現(xiàn)： 45min處為曲線拐點(diǎn)，即為最佳處理時(shí)間，出水COD濃度為483.43mg/L，COD去除率為75.75%。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可得：電化學(xué)氧化法對(duì)COD的去處效果不隨初始COD濃度的變化而變化,這是由于電化學(xué)電解過程中所產(chǎn)生的氧化劑的量是控制COD氧化速率的決定因素。
3.2 電流密度對(duì)COD去除效果的影響
電流密度是影響電化學(xué)氧化法反應(yīng)速度的主要因素，電極表面積恒定時(shí)，單位面積提供的電量隨電流強(qiáng)度的增大而增大，電化學(xué)氧化法反應(yīng)速度也隨之增大[3]。但試驗(yàn)中的電流密度不能無限增大, 當(dāng)電流密度超過某一電流閾值后, 電路中過量的電子不經(jīng)過電極反應(yīng)而直接流進(jìn)溶液,使電流效率下降[4]。
本試驗(yàn)通過電源電流的恒定控制，達(dá)到對(duì)試驗(yàn)條件中的電流密度的有效控制，本試驗(yàn)將電流強(qiáng)度先后分別控制在1A、2A、3A、4A、5A、6A。
試驗(yàn)條件：采用制藥廠出水作為試驗(yàn)用水（COD濃度為2000mg/L）；初始pH：8.0；電解質(zhì)：0.01mol/L的Na2SO4；處理時(shí)間：45min；極板間距：10cm；極板表面積：10cm×10cm。
試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示：
圖4 電流密度對(duì)COD去除效果的影響
圖4中可以發(fā)現(xiàn)：試驗(yàn)電流強(qiáng)度從1A逐級(jí)上升到4A過程中，原水中COD隨電流強(qiáng)度的增大而大幅度地降低，及相應(yīng)的COD處理效果出現(xiàn)大幅度提高，分析其原因是由于在極板面積一定的情況下，隨著電流強(qiáng)度的增大，電子在極板與原水中COD之間的轉(zhuǎn)移速率加快，原水中氧化性極強(qiáng)的H2O2和HO·自由基反應(yīng)速率也大幅度增加，從而在相同的水力停留時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的具有氧化作用的活性中間產(chǎn)物越多, 原水中COD的去除效果也明顯提高；但在電流強(qiáng)度從4A上升到6A的變化過程中，出水中COD濃度雖有下降，但已接衡，COD去除率僅略有提高，分析其原因是電化學(xué)氧化法機(jī)制受到原水中COD初始濃度的限制。本試驗(yàn)的最佳電流強(qiáng)度為4A。
3.3 初始pH對(duì)COD去除效果的影響
本試驗(yàn)將初始pH先后分別控制在2、4、6、8、10、12。
試驗(yàn)條件：采用制藥廠出水作為試驗(yàn)用水（COD濃度為2000mg/L）；電流強(qiáng)度：4A；電解質(zhì)：0.01mol/L的Na2SO4；處理時(shí)間：45min；極板間距：10cm；極板表面積：10cm×10cm。
試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示：
圖5 初始pH對(duì)COD去除效果的影響
圖5顯示了在處理時(shí)間45min的條件下，原水中COD處理效果與初始pH的變化關(guān)系，從中我們可以發(fā)現(xiàn)：在相同的操作條件下，試驗(yàn)pH從2逐級(jí)上升到8過程中，出水中COD隨pH的增大而大幅度地降低，即相應(yīng)的COD處理效果出現(xiàn)大幅度提高，分析其原因是由于在間接氧化時(shí)陰極生成的H2O2與Fe2+構(gòu)成Fenton試劑氧化體系,作為OH·的主要來源，而過低的pH對(duì)H2O2的產(chǎn)生有明顯的抑制作用，不利于OH·的產(chǎn)生[7]，隨著pH升高，抑制作用得以解除，電化學(xué)氧化法機(jī)制得以正常進(jìn)行，COD去除率得到顯著提高；但在pH從8上升到12的變化過程中，出水中COD濃度又有顯著上升，分析其原因是堿性條件下, 陰極還原析出H2,與Fe3+形成Fe(OH)3沉淀, 體系中Fe2+的再生受到抑制, 對(duì)HO·的產(chǎn)生再次造成負(fù)面影響，使得COD去除率顯著降低，考慮COD去除效果，本試驗(yàn)確定最佳初始pH為8，且在該初始pH下，經(jīng)45min的電化學(xué)氧化法處理后，出水COD濃度為405mg/L，COD去除率為79.75%。
3.4 鐵試劑(Fe2+)對(duì)COD去除效果的影響
鐵試劑(Fe2+)不僅具有催化Fenton 氧化反應(yīng)的作用, 而且同時(shí)可作為絮凝膠團(tuán)的前體，對(duì)COD的去除具有顯著影響,鐵試劑(Fe2+)的加入使得整個(gè)COD去除過程成為電絮凝與電化學(xué)氧化作用的耦合體。為考察鐵試劑(Fe2+)對(duì)電化學(xué)氧化法處理效果的影響，本試驗(yàn)采用單因素理論，在其他因素不變的情況下，通過鐵試劑(Fe2+)加入前后COD去除效果的對(duì)比，達(dá)到鐵試劑(Fe2+)對(duì)電化學(xué)氧化法處理效果的驗(yàn)證。
本試驗(yàn)先后控制鐵試劑(Fe2+)的有無，達(dá)到考察鐵試劑(Fe2+)對(duì)電化學(xué)氧化法處理效果驗(yàn)證的目的。
試驗(yàn)條件：采用制藥廠出水作為試驗(yàn)用水（COD濃度為2000mg/L）；電流強(qiáng)度：4A；電解質(zhì)：0.01mol/L的Na2SO4；處理時(shí)間：45min；初始pH：10；極板間距：10cm。
試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示：
圖5 鐵試劑對(duì)COD去除效果的影響
圖6顯示了鐵試劑(Fe2+)加入前后，原水中COD處理效果與時(shí)間的變化關(guān)系，從中可以發(fā)現(xiàn)：在相同的操作條件下，鐵試劑加入前后，COD處理效果與時(shí)間的變化關(guān)系保持一致，即在試驗(yàn)開始的0min到45min內(nèi)，溶液中COD隨電化學(xué)氧化法處理時(shí)間的延長(zhǎng)而相應(yīng)地線性減少；在45min到60min內(nèi)，溶液中COD隨電化學(xué)氧化法處理時(shí)間的延長(zhǎng)而出現(xiàn)COD濃度上升的現(xiàn)象；在60min到90min內(nèi)，溶液中COD隨電化學(xué)氧化法處理時(shí)間的延長(zhǎng)而COD濃度又開始線性減少，45min處為曲線拐點(diǎn)，即為最佳處理時(shí)間。分析其原因是由于向原水中投加一定量的鐵試劑(Fe2+)后， Fe2+將會(huì)與陰極生成的H2O2構(gòu)成Fenton反應(yīng)體系，作為OH·的主要來源[10]，同時(shí)伴隨OH·產(chǎn)生的Fe3+相比O2具有較大的初始還原電位，可在陰極上與O2 發(fā)生氧化還原反應(yīng)再生為Fe2+。Fenton氧化體系生成·OH氧化電位可達(dá)2.8V，具有很強(qiáng)的氧化能力，·OH作為親電基團(tuán)，具有較強(qiáng)的進(jìn)攻有機(jī)污染物的能力，并最終將它們氧化成CO2、H2O以及簡(jiǎn)單的有機(jī)物。
4 試驗(yàn)結(jié)論
本試驗(yàn)采用單因素理論，通過對(duì)其他相關(guān)因素的有效控制，得出的試驗(yàn)結(jié)論如下：
1）通過對(duì)其他試驗(yàn)條件（初始電壓、初始pH、電解質(zhì)、極板間距）的有效控制，電化學(xué)氧化法處理時(shí)間45min處為COD去除曲線的拐點(diǎn)，為最佳的處理時(shí)間。
2）從考慮到COD去除效果及節(jié)約能耗，本試驗(yàn)的最佳電流強(qiáng)度為4A。
3）本試驗(yàn)確定最佳初始pH為8。
4）鐵試劑加入前后，COD處理效果與時(shí)間的變化關(guān)系保持一致，電化學(xué)氧化法處理45min處為COD去除曲線的拐點(diǎn)，即為最佳處理時(shí)間，即鐵試劑(Fe2+)對(duì)COD去除效果有一定的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn)
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蛋白質(zhì)直接電化學(xué)是生物化學(xué)的主要組成部分，其主要是通過在電極界面對(duì)蛋白質(zhì)定向組裝、層層吸附、共價(jià)鍵合、分子包埋、聚合摻雜等技術(shù)手段，獲得蛋白質(zhì)直接或間接的電化學(xué)響應(yīng)，從而完成相關(guān)的生物學(xué)乃至其他方面的功能[1]。同時(shí)可通過酶催化及電化學(xué)催化所獲得的信號(hào)，以及在電極界面或測(cè)試體系引入的信號(hào)標(biāo)記物，并采用一些信號(hào)放大策略，在生物傳感與通訊中獲得很好的效果。本文為此具體探討了蛋白質(zhì)直接電化學(xué)的總體研究進(jìn)展。現(xiàn)報(bào)告如下。
一、蛋白質(zhì)-納米修飾電極
當(dāng)前碳納米管直徑在5-50nm，由于具有特殊的機(jī)械性能和電性質(zhì)已成為一種廣為重視的新材料。納米粒子hrp固定于金納米粒子表面，制得hrp.au膠粒修飾電極，不需媒介體便能催化還原h(huán)202，說明金微粒與hrp作用，縮短了酶活性中心與電極表面的距離，實(shí)現(xiàn)了直接電子傳遞過程。用納米憎水a(chǎn)u顆粒、親水a(chǎn)u顆粒、憎水si02顆粒以及au和si02顆粒混合與聚乙烯醇縮丁醛（pvb）構(gòu)成復(fù)合固定酶膜基質(zhì)，用溶膠-凝膠法固定god制備納米增強(qiáng)型葡萄糖傳感器。實(shí)驗(yàn)表明，納米顆粒可以大幅度提高固定化酶的催化活性，認(rèn)為是通過au顆粒的作用，葡萄糖氧化酶的輔基fad與鉑電極間直接進(jìn)行電子傳遞。而納米ti02膜電極不僅具有生物親和性和相容性，而且能加快氧化還原蛋白質(zhì)的電子傳遞速度。而利用hb/ti02電極的光電特性，可研究蛋白質(zhì)光氧化還原現(xiàn)象，檢測(cè)水溶液中微量的一氧化碳。在磁性納米粒子表面修飾媒介體，可作為酶與電極之間電子傳遞的開關(guān)，制備由磁場(chǎng)控制的生物電化學(xué)傳感器。
二、蛋白質(zhì)膜修飾電極
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蛋白質(zhì)膜伏安法（pfv）具有許多優(yōu)點(diǎn)：蛋白質(zhì)膜電極的制備簡(jiǎn)單，需用蛋白質(zhì)的量較小；克服了溶液體系中蛋白質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)較小的限制；能使用快速掃描伏安法研究電子傳遞過程；通過電化學(xué)數(shù)據(jù)分析可獲得豐富的生物化學(xué)信息。
在制備中，經(jīng)過拋光的棱面裂解石墨電極表面產(chǎn)生較多的親水含氧基團(tuán)。在低溫、低離子強(qiáng)度和共吸附劑）的存在下，通過靜電吸附作用，在電極表面形成一層蛋白質(zhì)膜。共吸附劑在荷電的蛋白質(zhì)和電極之間起著促進(jìn)電子傳遞的作用。蛋白質(zhì)中的鐵-硫簇是電子傳遞中心，但鐵-硫簇缺乏特征光譜，難以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氧化還原過程中鐵-硫簇組成和結(jié)構(gòu)的變化。
三、蛋白質(zhì)-雙層類脂膜修飾電極
雙層類脂膜在結(jié)構(gòu)上與天然生物膜相似，能將生物分子嵌入其中同時(shí)保持其生物活性。利用各種固相載體支撐的自組裝雙層類脂膜或混合層類脂膜的高度有序且穩(wěn)定性良好的特點(diǎn)，作為仿生膜，可以模擬氧化還原蛋白質(zhì)生物代謝過程的特性。將cyt-c氧化酶固定在雙層類脂膜中，與金電極之間直接傳遞電子，且能氧化溶液中的cyt-c；將hrp固定于鹽橋支撐的雙層類脂膜中，實(shí)現(xiàn)了直接電化學(xué)反應(yīng)及對(duì)h202的催化還原。
四、蛋白質(zhì)-dna膜修飾電極
dna和氧化還原蛋白質(zhì)同存在于線粒體內(nèi)，研究氧化還原蛋白質(zhì)與dna的作用，對(duì)理解生物呼吸鏈能量轉(zhuǎn)換具有極其重要的意義。dna在金電極和碳電極表面能形成穩(wěn)定的薄膜，可用于基因雜交指示劑的選擇和dna損傷檢測(cè)。有學(xué)者采用逐層組裝的方法，將dna-mb和dna-cyt p450固定在電極表面，得到fe（iii）/fe（ii）電對(duì)的可逆電化學(xué)反應(yīng)，應(yīng)用于環(huán)境污染物的檢測(cè)與轉(zhuǎn)化。用dna固定hrp于石墨電極表面，加快了hrp與電極的直接電子傳遞速度，用于h202的檢測(cè)。表面活性劑膜、雙層類脂膜和dna膜具有獨(dú)特的類生物結(jié)構(gòu)和生物相容性，為電化學(xué)模擬氧化還原蛋白質(zhì)的生物功能創(chuàng)造了條件。尋找適當(dāng)?shù)妮d體和基體電極以形成穩(wěn)定的蛋白質(zhì)膜層應(yīng)該是今后努力的方向。而當(dāng)前的自組裝單層膜固定蛋白質(zhì)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)有易制作，性能穩(wěn)定，有統(tǒng)一的固定化界面；能阻止生物物質(zhì)與電極表面的直接接觸，防止其失活；可以避免電極表面的沾污對(duì)分析測(cè)定的影響；末端基團(tuán)可以根據(jù)需要裁剪、組合，為修飾電極功能的多樣化、檢測(cè)靈敏度和選擇性的提高、活性基團(tuán)的再生等提供可能。自組裝單層膜固定蛋白質(zhì)技術(shù)的種類繁多，其中含硫化合物如硫醇、巰基化合物在金表面的sam非常成熟，是最有代表性和研究最多的體系。
五、蛋白質(zhì)-表面活性劑修飾電極
近年來，模擬生物膜修飾電極的出現(xiàn)為蛋白質(zhì)的直接電化學(xué)研究開辟了一個(gè)新的方向。從仿生的角度看，如果使蛋白質(zhì)處于制備蛋白質(zhì)-表面活性劑修飾電極有兩種方法：在電極表面蘸涂含表面活性劑的氯仿溶液，氯仿?lián)]發(fā)后，形成表面活性劑膜電極，該電極可從溶液中吸附蛋白質(zhì)；將蛋白質(zhì)與表面活性劑的微囊分散混合，取混合液蘸涂到電極表面，自然晾干。基體電極以棱面裂解石墨、金、鉑電極為佳，而膜在摻錫氧化銦和銀電極上的穩(wěn)定性較差。在表面活性劑膜中，蛋白質(zhì)保持著原始構(gòu)象不變，與電極之間的電子傳遞速度大大加快。蛋白質(zhì)-表面活性劑復(fù)合膜易于制備，且十分穩(wěn)定，是研究蛋白質(zhì)與電極之間電子傳遞和催化機(jī)理的一種較通用的方法，但僅限于一些小分子蛋白質(zhì)，進(jìn)一步的研究仍在進(jìn)行中。當(dāng)前的hiv-1型蛋白酶的電化學(xué)檢測(cè)方法是利用自己合成的二茂鐵-抑肽素加合物為探針構(gòu)建了基于印刷電極的傳感器，成功實(shí)現(xiàn)了hiv-1型蛋白酶的快速、方便的電化學(xué)檢測(cè)。
六、氧化還原蛋白質(zhì)修飾電極
對(duì)于大多數(shù)蛋白質(zhì)而言，由于電化學(xué)活性中心深埋于非導(dǎo)電性的肽鏈結(jié)構(gòu)中，電子隧道距離相當(dāng)大，因而電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)非常小，在通常條件下，難以觀察到蛋白質(zhì)與電極之間的直接電子轉(zhuǎn)移。，氧化還原蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且各向異性，它們的活性中心并不正好位于蛋白的中心，而且蛋白質(zhì)分子表面電荷分布不均勻。在生物體系中，一些氧化還原蛋白質(zhì)之間具有較大的電子傳遞速度，這歸功于圍繞電子傳遞活性中心的氫基酸殘基的作用，這些氨基酸殘基能夠調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的相對(duì)位置，使蛋白質(zhì)的氧化還原中心之間的距離盡可能地縮短，從而提高電子傳遞速率。
