怎樣學好電化學（研究生level）？

01-08

Research中電化學占較大比重，最近在修這門課。看Allen Bard的Electrochemical Method，感覺電化學過程中的變數太多，物理圖景又很vague，理論和各種基於實驗和前人yy，總之有種雜亂無章的感覺，很無力，求大神指教。

談一談自己這兩年在電化學學習中的一些體會，電化學的兩大分支是物理電化學和分析電化學，物理電化學的代表性的著作是John Bockris老先生的《Modern electrochemistry》，分析電化學的代表性著作是巴德老先生的《Electrochemical methods》。

我們現在通常所接觸的電化學通常指的是分析電化學，從學習的角度來講，主要從電極過程動力學和電化學測試方法兩個方面來進行學習。天大電化學專業本科電化學專業課使用的教材是郭鶴桐老先生編寫的《基礎電化學及其測量》，研究生課程使用的教材是《電極過程動力學導論》（第三版）；關於電化學測試方法的學習，我個人比較推薦賈崢的《電化學測量方法》。如果是開始學習學習電化學的話，還是比較推薦先學習《基礎電化學及其測量》。《Electrochemical methods》這本書我一般都是在讀文獻的時候發現會引書中的部分內容，然後再去仔細閱讀書中的相關章節。

從最通常的材料合成-性能研究的角度來講，我們最關注的的還是電化學數據的獲取和分析，傳統的電極過程動力學往往是對單電子的電化學反應來說明研究，而目前研究前沿中的很多方向所涉及的反應歷程往往是比較複雜的，比如涉及多電子轉化反應的儲能電池（鋰硫電池和鎂離子電池）、電催化反應（ORR、OER、HER、MOR、EOR）等等都很難直接從電化學數據中得出理論公式所描述的規律，通常是利用近似所得到一些規律，比如著名的Tafel公式，還有就是

（這個公式其實是對傳統的電極過程動力學中的公式的加工和進一步運用（雙電層電容與掃速是一次關係，電化學電容與掃速是1/2次方關係），至少在兩篇NM的文章中出現過，比如最近的這篇Kim, H. S., et al. (2016). "Oxygen vacancies enhance pseudocapacitive charge storage properties of MoO3-x." Nat Mater.）

等等。最後在簡要介紹一下物理電化學，側重研究電解液中離子和溶劑之間複雜的相互作用，比如美國空軍實驗室的徐康老師就對物理電化學的理解很深刻，他長期研究電池電解液及其與電極界面，比如在CR上的這兩篇長綜述：

Xu, K. (2014). "Electrolytes and Interphases in Li-Ion Batteries and Beyond." Chemical Reviews 114(23): 11503-11618.

Xu, K. (2004). "Nonaqueous Liquid Electrolytes for Lithium-Based Rechargeable Batteries." Chemical Reviews 104(10): 4303-4418.

15年還在science上發了篇高電壓水系電解液電池的文章，算是對之前研究集大成的一篇成果。

相信很多人都有一種體驗，那就是看書太枯燥了，經常看了一部分就看不下去了，下次鼓起勇氣再看，還是看的同一部分。而針對這一點，個人覺得現在很多微信公眾號的總結就顯得容易看多了，都是前人總結的一些濃縮的知識，作為初期入門是最合適的。這裡推薦微信公眾號「研之成理」，可以在後台回復「電化學」，裡面有電化學專欄的匯總，包括電化學的基礎，電化學測試方法，電化學前沿，電化學大牛等，初期對這些東西有個了解之後，再去有選擇性地看教材會輕鬆很多。從易到難，是學習的捷徑，也不容易讓自己的學習熱情受到挫折。

最後，附上研之成理的微信號rationalscience，以及電化學專欄的目錄：

電化學基礎

1. 電化學基礎知識分享（一）：電化學的發展2. 電化學基礎知識分享（二）：經典書籍推薦 3. 電化學基礎知識分享（三）：電化學的應用4. 電化學基礎知識分享（四）：電化學中的三電極體系及選擇標準

5. 電化學基礎知識分享（五）：電解池的設計及標準

6. 電化學基礎知識分享（六）：電化學中重要的3個公式及其應用舉例

7. 電化學測試(一)：穩態測量方法概述

8. 電化學測試(二)：暫態測量方法概述

9. 電化學測試（三）：循環伏安法詳解

10.鉑單晶表面電催化簡介

11.在線質譜在電化學中的應用

12.電催化的評價指標——電化學面積的標定（1）

13.利用氧化物的還原峰面積計算電化學面積

14.電化學面積的標定---雙電層法

15. 核磁共振波譜(NMR)在電化學中的應用

16. 雙電層理論的三個模型

17. 電催化中的模型催化劑

ORR

1. 電催化氧還原（ORR）測試方法

2. ORR測試方法（二）：電解池等玻璃儀器的清洗

3. 如何處理ORR相關實驗數據！

4. 史上最全電催化大牛集錦: 貴金屬ORR篇(1)

5. 從Science看Pt基氧還原催化劑的發展

OER

href="http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMzE5MzQ1NQ==mid=2649301424idx=1sn=a8ef6acb8492b28a9a56a4d2b45b41dascene=21#wechat_redirect">1. 電催化析氧（OER）基礎知識 href="http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMzE5MzQ1NQ==mid=2649301759idx=1sn=262ff969f51d005ba7993d3f0a8e6a9fscene=21#wechat_redirect">2. 學術名人堂之電催化析氧

href="http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMzE5MzQ1NQ==mid=2649301857idx=1sn=55ad5a96f4ec5042d2beffcc9a393b14scene=21#wechat_redirect">3. 群雄逐鹿之電催化析氧

4. Boettcher組最新Chem. Mater. : 一步一步教你如何做OER

5. Nature Materials最新綜述：光解水體系（PECs）異質界面的理論模擬研究進展

6. Yang Shao-Horn最新Nat. Chem.:氧化物晶格氧vs.OER

7. 簡單聊聊Science上新出爐的這篇關於OER的論文

8. OER：Ni - Fe江湖

9. 創新源於一個簡單的想法——葉金花老師課題組最新JACS賞析

10. 氧氣析出反應（OER）的測試要點

HER

1.MoS2上的HER——相，缺陷和邊位

2.「Ni-C-N」納米片——一種有可能取代Pt/C的HER催化劑

3.碳化鉬（MoxC）材料在電催化制氫中的應用、發展及展望

4.納米MoxC的可控合成及其電化學應用

5. 呼籲：HER過程中對Pt對電極Say No！

6. HER測試方法

7. 同樣是研究HER，看看人家是如何思考的

電池

1. 可充式鋅-空電池的介紹

2. Widening Voltage Windows：鋰離子電池水系電解質

3. 鋰電大牛Tarascon的Nat. Mater.新作：三維有序富鋰正極材料Li2IrO3為陰離子氧化還原活性提供有力證據

4. 閑余小話：鋰離子電池的原理

5. 厲害了！！！能合成氨的電池

6. 新型流體電池使用壽命超過10年

9. 北理工陳棋教授最新Adv. Mater.：高厚度低缺陷鈣鈦礦太陽能電池

10. Nature Mater(最新)：小小氧空穴讓「電池 / 電容」儲能性能突飛猛進！

11. Nature Photonics：優化的有機鈣鈦礦電池——雙層PCBM、能量轉換率為16%

12. 「買一送一」的儲能裝置

電容器

1. 初識電化學電容器

2. 儲能君：電容器中孔徑大小對電容的影響

3. 原位技術在電容器研究領域的應用

4. 樓雄文Angew:基於雙金屬ZIF合成雙殼層空心結構Zn-Co硫化物及其在混合電容器中的應用

5. 更大的電壓窗口，更高的能量密度

6. 樓雄文Chem: 構造複雜空心結構CoS及其在混合電容器中的應用

7. 基於水系氧化還原電解質電容器設計策略（一）

大牛介紹

1. 電催化大師 R. Adzic

其他內容

1. CO電化學氧化

2. 有機小分子電化學氧化的基本測試方法

http://weixin.qq.com/r/uUUGHjbERWs6rXJ99xCr (二維碼自動識別)

不要一開始就去看bard，可以先從電極過程動力學開始

我也想知道，，，光看Bard的書好虐，，，自己現在是實驗和看理論相結合，又學了利用電化學理論編comsol，感覺還是有很多不懂，淚，，，

後來碰到問題，先找描述較為貼近實用易懂的書或文獻，先過一遍需要找的部分，要深入研究理論了再去翻Bard，能幫助理解，Bard的書理論性太強，個人覺得說得雖然很清楚，但可能和現實應用在一些方面比較遠，所以推薦一些書作為中間過渡用。

沒寫完就被老闆呼叫了，，，啥時候有空更個書單，我記得知乎原來有個問題是推薦電化學書，大概就是那些~

不如關注下我的專欄【極簡電化學】試試，哈哈

Bard這本書前四章要細看，這部分的數學推導其實也不難，慢慢來，有一點高數基礎的就沒問題。至於後面的章節，我自己因為實驗需要細看了阻抗那部分，其他的可以現用現查的

自己也看過一些國內的教材，感覺要麼講的有些敷衍，要麼沉迷於數學推導，所以還是一點點看Bard的比較好。

我也看過不少文獻，覺得絕大多數文獻中討論的內容深度絕對超不過這四章的內容。

我電化學基礎不好，所以買了Bard這本書的中文本，基本就是中英文對照著看，找個周末或者小假期，專心那麼三四天，基本也能把前四章看完。所以其實也並不太難。

繼續寫一點學電化學的過程。

首先，明確你的研究領域，每個領域都有自己的研究偏向。

研究過程中會自然發現你需要構建的能力，我就拿自己舉個例子吧。

我是學材料出身，主要做納米碳材料在超電容方面的應用。

最開始就是學文獻，希望將材料製備得有「大比表面積」和「豐富的孔結構」。

對這兩項指標最初的理解源於兩個粗淺的認識：

1. 電容與電極表面呈正比
2. 豐富的孔結構有利於物質傳輸。

但是，這個認識太粗淺了，因為電化學體系很複雜，不可能只通過兩個指標來提升一個體系的性能。之後，又開始加深對這兩個粗淺認知的理解，進一步學會了：

1. 電容的雙電層機理「雙電層」理論的三個模型 - 知乎專欄
2. 離子的三種運動方式離子運動的三種方式 - 知乎專欄

在之後，就會進一步去了解更深層的機理，使用更先進的工具去探究，比如分子動力學模擬和原位表徵手段。

所以，我覺得對一個學科的認識都是起源於一個「點知識」，之後在這個點不斷深入，成為「線知識」。等你的線足夠多，就可以編織成一張網了。再後來，就開始關注更深層的理論，比如分子動力學模擬以及原位探測等內容，也算是進入了下一層的認知。

「網」，那可是千瘡百孔啊。

但是，當你有了網，你就能在「知識的海洋」里撈點東西了。