Cílem předmětu je vysvětlit studentům podrobněji principy elektrochemických měření reakcí přenosu elektronu na fázovém rozhraní elektroda-elektrolyt z hlediska termodynamiky, kinetiky a reakčního mechanismu. Kurz je věnován reálným systémům, vlivu adsorpce a homogenních procesů na výslednou elektrochemickou odezvu. Kromě základních elektrochemických metod výzkumu, kurz zahrnuje také impedanční a admitanční metody a jejich využití v praxi. Pozornost je věnována instrumentaci, matematické simulaci elektrochemických měření a speciálním technikám výzkumu (spektroelektrochemie, AFM a STM zobrazování povrchů v elektrochemickém uspořádání). U posluchačů je předpokládána znalost základů fyzikální chemie včetně teorie silných a slabých elektrolytů.
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Advanced course on electrochemistry with an emphasis on the principles of electrochemical measurements at the electrode-electrolyte interface. Thermodynamics, kinetics and mechanistic issues are being discussed. Course presents the electrochemical response of real systems emphasizing the effects of adsorption and heterogeneous processes on the measured quantities. Course is focused on the admittance and impedance measurements in addition to basic electrochemical methods, electrochemical instrumentation and mathematical simulation of the electron transfer processes. Finally, spectroelectrochemical techniques, electrochemical atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy techniques are presented. Prerequisites include physical chemistry course and knowledge of theories of electrolytes.
Výstupy studia předmětu -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Pochopení principů reakcí přenosu elektronu na fázovém rozhraní elektroda-elektrolyt. Znalost způsobů měření těchto reakcí. Znalost klasických stejnosměrných i impedančních a admitančních metod, jakož i speciálních technik výzkumu (AFM, STM zobrazování povrchů v elektrochemickém uspořádání, atd).
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
To understand the principles of charge transfer reactions at the electrode-electrolyte interface. To have cognisance of experimental methods to study charge transfer reactions. Knowledge of the admittance and impedance methods, and special techniques (spectroelectrochemical techniques, electrochemical atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy techniques).
Literatura -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Z: P. Atkins, J. De Paula Fyzikální chemie, VŠCHT, Praha (2013).
Z: Heyrovský J., Kůta J., Základy polarografie, Nakl. Československé akademie věd, Praha, 1962
D: A. J. Bard, L. L. Faulkner: Electrochemical methods. Fundamentals and Applications. Wiley & Sons, N.Y. (2001).
D: A. Lasia: Electrochemical Impedance Spectroscopy and its Application. Modern Aspects of Electrochemistry, B. E. Conway, J. Bockris, and R.E. White, Eds., Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 1999, Vol. 32, p. 143-248.
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
R: P. Atkins, J. De Paula: Physical Chemistry, Oxford University press, 2014
A: A. J. Bard, L. L. Faulkner: Electrochemical methods. Fundamentals and Applications. Wiley & Sons, N.Y. (2001).
A: A. Lasia: Electrochemical Impedance Spectroscopy and its Application. Modern Aspects of Electrochemistry, B. E. Conway, J. Bockris, and R.E. White, Eds., Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 1999, Vol. 32, p. 143-248.
Studijní opory -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Přednášky, doporučená literatura
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Lectures, the recommended literature
Metody výuky -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Přednášky
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
Lectures
Sylabus -
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
1. Historie, základní pojmy. Definice elektrody a článku, Faradayův zákon, elektrolýza a elektrochemický ekvivalent.
2. Polarizovatelnost elektrod. Potenciostatický experiment, faradaický a nefaradaický děj, semi-empirické řešení Cottrellovy rovnice.
3. Látkový přenos. Difuze, Fickovy zákony, přesné řešení Cottrellovy rovnice.
4. Elektrodová kinetika, reverzibilita přenosu elektronu. Tafelova rovnice, koeficient přenosu náboje, Butler-Volmerova a Marcusova teorie přenosu náboje.
5. Fázová rozhraní. Elektrická dvojvrstva a její modely. Lippmannovy rovnice.
6. Adsorpční děje a jejich vliv na redoxní procesy. Adsorpční izotermy. Inhibitory.
7. Přehled elektrochemických metod a jejich aplikací. Polarografie, voltametrie, pulsní metody.
9. Impedance elektrody a impedanční metody studia fázového rozhraní.
10. Admitanční metody studia fázového rozhraní, faradaické a adsorpční proudy.
11. Reakční kinetika na nepravidelném (reálném) povrchu elektrody, koncept fraktální geometrie při popisu porézních elektrod.
12. Přístrojová technika pro elektrochemický výzkum. Základy instrumentace a automatizace měření.
13. Interpretace dat s využitím simulačních metod.
14. Spektroelektrochemické metody a výzkum heterogenních procesů pomocí mikroskopie atomárních sil a skenovací tunelové mikroskopie
Poslední úprava: Pátková Vlasta (19.11.2018)
1. History of electrochemistry, terms and concepts. Electrode, electrochemical cell, electrolysis and electrochemical equivalent. Faraday‘s law.
2. Electrode polarizability. Potential step, faradaic and nonfaradaic processes, semiempirical solution of the Cottrell equation.
3. Mass transport. Diffusion, Fick’s laws, exact solution of the Cottrell equation.
4. Electrode kinetics, reversibility of electron transfer. Tafel equation, electron transfer coefficient, Butler-Volmer and Marcus theory of charge transfer.
5. Electrode-electrolyte interface. Double-layer structure and Lippmann equations.
6. Adsorption processes and their influence on redox processes. Adsorption isotherms. Inhibitors.
7. Electrochemical methods and their application. Polarography, voltammetry, pulse methods.
8. Charge transfer reaction mechanisms. Heterogeneous electron transfer and coupled homogeneous chemical processes.
9. Electrode impedance. Electrochemical impedance spectroscopy at the electrode-electrolyte interface.
10. Admittance methods, faradaic current and adsorption.
11. Reaction kinetics at rough (real) electrode surfaces, use of fractal geometry.
12. Electrochemical research instrumentation: basics and measurements.
13. Simulation methods for electrochemical data interpretation.
14. Spectroelectrochemistry. Atomic force microscopy and scanning tunneling microscopy methods for studies of the heterogeneous processes.
