電化學(xué)反應(yīng)工程（electrochemical reaction engineering ）化學(xué)反應(yīng)工程的一個(gè)分支，研究在電場(chǎng)作用下進(jìn)的氧化還原反應(yīng)過(guò)程的開(kāi)發(fā)和電化學(xué)反應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)、優(yōu)化。電化學(xué)反應(yīng)包括電解槽中輸入電能而引起的化反應(yīng)以及電池中產(chǎn)生電能時(shí)的化學(xué)反應(yīng)。電化學(xué)反應(yīng)工程的特點(diǎn)是：電極電位決定電化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生及其反應(yīng)速率；氧化還原反應(yīng)限于電子的傳遞，可直接依靠外電路中的電流流入電化學(xué)反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，許多反應(yīng)因采用不同材料的電極而獲得不同的反應(yīng)速率，這時(shí)電極起催化劑作用。

外文名

electrochemical reaction engineering

概述

屬于電化學(xué)范疇的化學(xué)反應(yīng)。

電化學(xué)是邊緣學(xué)科，是多領(lǐng)域的跨學(xué)科。對(duì)“電化學(xué)”，古老的定義認(rèn)為它是“研究物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)與電的關(guān)系的科學(xué)”。以后Bockris下了定義，認(rèn)為是“研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)”。當(dāng)代電化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)比Bockris定義的范圍又拓寬了許多。實(shí)際上還有學(xué)者認(rèn)為電化學(xué)領(lǐng)域更寬。如日本的學(xué)者小澤昭彌則認(rèn)為，電化學(xué)涵蓋了電子、離子和量子的流動(dòng)現(xiàn)象的所有領(lǐng)域，它橫跨了理學(xué)和工學(xué)兩大方面，從而可將光化學(xué)、磁學(xué)、電子學(xué)等收入版圖之中。若從宏觀和微觀兩個(gè)角度來(lái)理解的話，可以認(rèn)為，宏觀電化學(xué)是研究電子、離子和量子的流動(dòng)現(xiàn)象的科學(xué)。微觀電化學(xué)還可以有廣義的和狹義之分，廣義的微觀電化學(xué)是“研究物質(zhì)的帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學(xué)”，而狹義的微觀電化學(xué)則是“研究物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)或化學(xué)反應(yīng)與電的關(guān)系的科學(xué)”。

詳細(xì)介紹

電化學(xué)反應(yīng)工化學(xué)反應(yīng)工程的一個(gè)分支，研究在電場(chǎng)作用下進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)過(guò)程的開(kāi)發(fā)和電化學(xué)反應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)、優(yōu)化。電化學(xué)反應(yīng)包括電解槽中輸入電能而引起的化學(xué)反應(yīng)以及電池中產(chǎn)生電能時(shí)的化學(xué)反應(yīng)。

過(guò)程特點(diǎn)

除遵循化學(xué)反應(yīng)的一般規(guī)律外，電化學(xué)反應(yīng)工程的特點(diǎn)是：

①電極電位決定電化學(xué)反應(yīng)能否發(fā)生及其反應(yīng)速率?？山柚姌O電位調(diào)整以實(shí)現(xiàn)選擇性的氧化還原反應(yīng)，或控制電化學(xué)反應(yīng)速率。

②氧化還原反應(yīng)限于電子的傳遞，這類反應(yīng)可直接依靠外電路中的電流通入電化學(xué)反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要引進(jìn)其他化學(xué)物質(zhì)作氧化劑或還原劑，有利于反應(yīng)物系的純凈。

③許多反應(yīng)可因采用不同材料的電極而獲得不同的反應(yīng)速率，這時(shí)電極起催化劑的作用。

由于引進(jìn)了電場(chǎng)，也帶來(lái)了以下困難：

①電化學(xué)反應(yīng)只限于在二維界面上，即電子導(dǎo)體與離子導(dǎo)體相接觸的界面上進(jìn)行，限制了反應(yīng)的空間速度；

②電解需消耗電能，耗電量可觀。

研究?jī)?nèi)容

①電化學(xué)熱力學(xué)，研究電化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)性和電化學(xué)裝置的開(kāi)路電壓;

②電極過(guò)程動(dòng)力學(xué)，研究電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中各類阻力及其對(duì)反應(yīng)速率的影響；

③電化學(xué)裝置中的離子傳遞過(guò)程；

④電流分布和電位分布；

⑤過(guò)程優(yōu)化；

⑥電化學(xué)裝置的設(shè)計(jì)和放大。

發(fā)展

電化學(xué)工業(yè)雖早已興起，但前期都以物理化學(xué)和化學(xué)工程的基本原理指導(dǎo)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。直到1973年由J.S.紐曼對(duì)電化學(xué)反應(yīng)工程作了比較系統(tǒng)的概括。電化學(xué)反應(yīng)工程技術(shù)已應(yīng)用多年，并且遍及許多工業(yè)部門。例如，食鹽水電解生產(chǎn)燒堿和氯氣是歷史悠久、規(guī)模巨大的一項(xiàng)電解工業(yè)。由于其耗電量大，利用電化學(xué)反應(yīng)工程原理,使用金屬形穩(wěn)陽(yáng)極，顯著縮小了極間距離，降低了能耗。目前，為提高空間反應(yīng)速率，正利用電化學(xué)反應(yīng)工程技術(shù)，設(shè)計(jì)如流化床電極等一系列以顆粒電極為基礎(chǔ)的電化學(xué)反應(yīng)器。（見(jiàn)電解）