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电化学界面理论与实战
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课程简介
本课程面向电化学能量存储与转化相关领域高年级本科生、研究生,聚焦电化学核心部件—双电层,介绍电化学中常用的时域、频域建模方法和仿真手段,阐述电化学界面的主要物理化学特征,特别是从量子到经典的过渡。
本课程共三讲,每讲两小时。在讲授中,讲师将详细阐述理论背后的假设,关键推导步骤,及理论和实验的对照。
第一讲介绍经典理论。首先将介绍Gouy-Chapman-Stern理论的物理图像、主要假设、物理基础、数学工具及主要结果。其次将介绍,被忽视了超过半个世纪后,于二十一世纪初被再次发现的Bikerman的双电层理论。然后介绍非平衡双电层理论,即Poisson-Nernst-Planck理论。最后将介绍,如何在Matlab中自己编程,计算经典双电层的稳态和非稳态行为。
第二讲介绍讲师自己最近发展的一个量子-经典混合双电层理论,旨在帮助大家理解双电层中的经典和量子效应。首先将介绍描述电解液的统计物理方法。其次介绍描述电极的电子结构理论,即密度泛函理论。然后综合电解液和电极两侧的理论描述,得到了一个描述双电层的密度-势泛函理论模型。最后介绍如何在Matlab中自己编程,计算该模型。本讲的内容,是当前电化学书中所没有的。相关的理论方法,可以帮助学员在处理自己研究中遇到的特殊问题时,开发相应的理论模型。
第三讲介绍频域电化学理论模型,即电化学界面的阻抗响应。首先将介绍电化学阻抗谱的数学基础。其次以金属锂-溶液界面为例,介绍阻抗响应的理论推导方法。最后介绍,如何在Matlab中编程,进行阻抗谱的计算和拟合。
本课程中涉及到的理论推导和计算程序,将作为附件发送给学员。

 

课程安排

第一讲:经典理论(2021.5.23 15:00-17:00)
•Gouy-Chapman-Stern理论
•被忽视的Bikerman的工作和再发现
•非平衡双电层理论
•计算实例
第二讲:量子-经典混合理论(2021.5.30 15:00-17:00)
•液相统计物理理论
•固相电子结构理论
•密度-势泛函理论
•计算实例
第三讲:频域阻抗谱理论(2021.6.6 15:00-17:00)
•电化学阻抗谱基础
•锂金属-溶液界面的阻抗解析解
•计算实例。

 

讲师介绍
黄俊,清华大学汽车工程系本科、博士,现于德国乌尔姆大学理论化学研究所,从事理论电化学方向的博士后研究。研究兴趣包括:电催化界面结构与多电子反应理论,电化学阻抗谱理论,和电化学理论解析解。主要研究结果包括:(1)发展了一个电化学双电层变分场论模型;(2)揭示了电催化界面非单调表面荷电行为;(3)构建了一个多电子电催化反应理论框架;(4)求得了几个电化学界面和多孔电极阻抗响应的解析理论解。