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《譜學電化學》重點介紹了譜學電化學領域的常用技術和最新成果及應用,展示了譜學電化學的主要進展。書中首先回顧了半個世紀來,譜學電化學從建立初期到成長壯大的歷程,針對電化學拉曼光譜技術、電化學衰減全反射表面增強紅外光譜技術、電化學非線性光學技術、電化學質譜技術、量子化學理論在譜學電化學中的應用和電化學掃描探針顯微術,講解了其原理與特點、實驗技術和理論計算的要點與細節,總結了這些方法與技術在界面電化學、能源電化學、材料電化學應用方面的最新進展,並列舉了豐富的應用實例。同時還簡要討論展望了譜學電化學的前沿和發展趨勢。
本書可供從事譜學電化學、界面電化學、材料電化學、譜學、表面科學研究以及電化學工程應用的科技人員閱讀,也可供大專院校相關專業師生參考。
目錄
第1章 譜學電化學綜論
1.1 引言
1.2 歷史
1.3 分類
1.4 解析度
1.5 靈敏度
1.6 應用
1.7 理論
1.8 新突破
1.9 趨勢
參考文獻
第2章 電化學拉曼光譜技術
2.1 拉曼光譜基礎
2.1.1 常規拉曼光譜
2.1.2 共振拉曼光譜
2.2 電化學表面增強拉曼光譜技術
2.2.1 表面增強拉曼光譜
2.2.2 電化學表面增強拉曼散射光譜的特徵和基本原理
2.3 電極表面物種的振動性質
2.4 表面增強拉曼光譜技術與表面紅外光譜技術的比較
2.5 電化學表面增強拉曼散射光譜實驗
2.5.1 光譜實驗裝置
2.5.2 光學工作方式
2.5.3 拉曼光譜電解池
2.6 SERS活性電極的製備及評價
2.6.1 SERS活性電極的製備
2.6.2 SERS基底增強效應的評價——增強因子的計算
2.7 電化學拉曼光譜實驗
2.7.1 檢測步驟
2.7.2 檢測靈敏度
2.7.3 光譜解析度
2.7.4 時間解析度
2.7.5 空間解析度
2.8 拉曼光譜在電化學中的應用
2.8.1 界面水的取向和結構
2.8.2 氫的吸脫附
2.8.3 一氧化碳的吸附
2.8.4 甲醇的電催化氧化反應
2.8.5 析氧反應
2.8.6 苯的吸附和反應
2.8.7 ?基氯的催化還原機理
2.8.8 緩蝕體系
2.8.9 電鍍體系
2.8.10 鋰離子電池體系
2.8.11 SHINERS技術的應用
2.8.12 TERS技術的應用
2.9 EC-Raman的發展前景
參考文獻
第3章 電化學衰減全反射表面增強紅外光譜技術
3.1 表面增強紅外吸收效應
3.1.1 電磁場增強機理
3.1.2 化學增強機理
3.1.3 表面紅外散射模型
3.1.4 SEIRAS的表面選律
3.2 電化學ATR-SEIRAS的光路系統
3.2.1 表面增強活性薄膜電極的製備
3.2.2 新型電化學ATR-SEIRAS光學組件設計
3.2.3 新型電化學ATR-SEIRAS光譜池設計
3.3 電化學ATR-SEIRAS的應用
3.3.1 有機小分子電催化機理
3.3.2 電極表面分子吸附構型
3.4 小結
參考文獻
第4章 電化學中的非線性光學技術
4.1 非線性光學的基本原理
4.1.1 非線性光學效應與和頻光譜產生
4.1.2 二次諧波與和頻光譜的特點
4.1.3 和頻光譜和二次諧波的強度公式
4.1.4 二階非線性光學測量能提供的電化學界面的微觀信息
4.1.5 非線性光學的發展歷史
4.2 介質對光場的非線性響應
4.2.1 電介質極化的定義
4.2.2 介質的非線性極化
4.2.3 分子的極化
4.2.4 產生非線性極化的微觀機理
4.3 非線性極化率的微觀表示
4.4 非線性極化過程的物理圖像
4.4.1 光學二次諧波(倍頻)的物理圖像描述
4.4.2 光學和頻與差頻效應
4.4.3 非線性極化率的共振增強
4.5 非線性極化率的約化
4.5.1 本征置換對稱性
4.5.2 非線性極化率的空間對稱性
4.6 界面和頻光譜公式的一些討論
4.6.1 可見紅外和頻振動光譜
4.6.2 和頻光譜的相位匹配條件
4.6.3 二次諧波的強度公式
4.6.4 和頻振動光譜的線形
4.6.5 和頻振動光譜的相位
4.6.6 偏振和頻光譜的強度公式
4.6.7 界面非線性光學理論——微觀模型
4.6.8 用SFG和SHG測量界面分子的取向
4.7 外場的影響
4.8 二次諧波研究電極/溶液界面問題
4.8.1 二次諧波研究單晶金屬電極界面
4.8.2 SHG研究半導體電極/溶液界面的性質
4.8.3 液體電化學界面
4.9 電極表面的和頻光譜
4.9.1 實驗裝置
4.9.2 實驗結果
4.10 結論與展望
參考文獻
第5章 電化學質譜技術
5.1 質譜技術基礎
5.1.1 質譜方法的工作原理
5.1.2 分子的離子化過程
5.1.3 離子的分離與檢測
5.1.4 質譜儀的重要技術參數
5.2 微分電化學質譜技術
5.2.1 微分電化學質譜的發展
5.2.2 微分電化學質譜儀的器件選擇
5.2.3 電解液/真空系統界面以及真空系統的設計
5.2.4 微分電化學質譜電解池
5.2.5 微分電化學質譜信號的測量與校正
5.2.6 校正質譜信號需要注意的問題
5.3 微分電化學質譜的應用實例
5.3.1 低溫燃料電池相關的電催化反應機理和動力學研究
5.3.2 微分電化學質譜在鋰離子電池與鋰空電池中的應用
5.3.3 微分電化學質譜在二氧化碳的電化學與光電化學還原方面的應用
5.3.4 微分電化學質譜技術在溶液中痕量有機物分析中的應用
5.4 電化學紅外-質譜實時聯用技術
5.4.1 聯用技術的關鍵——雙薄層流動電解池
5.4.2 紅外和質譜聯用技術在研究電催化反應方面的應用實例
5.5 總結和展望
參考文獻
第6章 量子化學理論在譜學電化學中的應用
6.1 譜學電化學中的問題
6.2 金屬電極的表面吸附理論模型
6.3 基於量子化學的譜學電化學理論
6.3.1 定態Schrdinger方程的微擾理論
6.3.2 Born-Oppenheimer(BO)近似
6.3.3 核運動Schrdinger方程
6.3.4 分子光譜的強度理論
6.4 電化學表面紅外振動光譜理論
6.5 電化學表面增強拉曼光譜的理論
6.5.1 電磁場增強機理
6.5.2 化學增強機理
6.5.3 對巰基苯胺的電化學SERS光譜
6.6 總結與展望
參考文獻
第7章 電化學掃描探針顯微術
7.1 STM理論
7.1.1 STM原理
7.1.2 STM成像
7.1.3 隧道譜
7.2 ECSTM儀器和實驗方法
7.2.1 STM工作方式
7.2.2 ECSTM基本特點
7.2.3 ECSTM實驗
7.3 ECSTM在水溶液中的應用
7.