电化学的应用和发展
王淑敏，王作辉
（鹤壁职业技术学院，河南
摘
鹤壁458030）
要：电化学是国民工业的一个主题技术之一，其技术成果与人类的生产和生活密切相关。电化学在化学工业、能源、环保、
心脑电图等应用领域都取得了可喜的发展，并因其独特的性能，显示出电化学技术的优越性。
关键词：电化学工业；电解；金属腐蚀；生物电化学；燃料电池
The Application and Development of Electrochemistry Technology
WANG Shu －min ，WANG Zuo －hui
（Hebi Vocation Technical College ，Henan Hebi 458030，China ）
Abstract ：Electrochemistry was a main subject of national industry technologies ，its technical achievements were had closely relationship of human production and life．Electrochemistry was applied in the chemical industry ，energy ，environ-mental protection ，heart and other applications of EEG ，and made a welcome development．Because of its unique perform-ance ，the superiority of electrochemical techniques was demonstrated．
Key words ：electrochemical industry ；electrolysis ；metal corrosion ；bioelectrochemical ；fuel cell
近年来电化学的发展非常迅速，不仅电化学理论和电化学
而且在应用领域，如化学工业、能源、材料科学和方法不断创新，
环境保护等方面同样也占有越来越重要的地位，燃料电池在发电及汽车工业的应用以及生物电化学这一新领域所取得的突出成绩都是比较典型的例子。
电化学技术成果与人类的生活和生产密切相关，本文就电化学在实际中的应用作简单介绍。
腐蚀，它的超电势在4 5mV 之间。还有一个优点是：不希望出现的析氧副反应已被降到非常低的程度（1% 3%）。
汞电解池，该电解池的生产能力较高，但最大的问题是汞的毒性。由于这种原因，这类电池在工业上已逐渐被淘汰。隔板电解池缺点是使用寿命短，阻力大，而且可以允许所有组分通过。且氢氧化钠的浓度不能超过10%，否则将有大量的氢氧根
从而降低电解效率。选择性离子扩散到阳极区而产生氯酸盐，
膜电解池与隔板电解池类似。不同的是隔离物是具有选择性的隔膜，它只允许特定离子通过，用它来代替隔板。用这种方法获得的苛性钠要比上一种机械膜电池浓度高的多。这种电解池消耗是这三种过程中最低的，产物纯度也是最高的。目前在世界范围内都倾向于使用选择性隔膜电解池。
1电化学的应用
电化学在工业上起着相当重要作用，包括电解、金属加工与处理、电池和燃料电池、水和废水处理等方面的应用。在可以选择生产方法的条件下，电的价格和它应用的便利性影响着电化学在工业上的应用。出于这种原因，大规模、高能量电解过程，如金属的冶炼只能在低成本电力地区发展起来。这种考虑要比考虑运输矿石的造价更重要，因为传送电能的过程中要有大量的能量损失。目前已经发现的超导材料的临界温度已经远高于
常温超导材料的研究将可能在未来的几十年里，液氮沸点温度，
使这种无能量损失的超导电缆传输成为现实，这对电化学工业的发展无疑是非常有益的。
1．2电化学水处理及废水处理。
1．1电解和电合成工业
氯碱工业――这是世界上最大的电化学工业，它是通过电解食盐水，从而获得氯气和苛性钠的过程。氯气用于制备氯乙烯，进而合成得到PVC ，还可用作纸浆及纸的漂白剂和杀菌剂。
工业中常用的有三种电解池：汞电解池、隔板电解池、离子选择性电解池。由于氯的腐蚀力和电极本身的氧化，传统碳棒
RuO 2涂层中含或石墨阳极已经被RuO 2涂层的钛电极所取代，
如Co 3O 4等。这类阳极几乎不被有一定量的过渡金属氧化物，
作者简介：王淑敏（1981－），女，鹤壁职业技术学院教师。
该法不需要很多化学药品，后处理简单，占地面积小，管理
方便。用于水及废水处理的电解池设计的有利因素是电极表面积/阴极电解液体积之比高。常见的方法有以下几种：电解回
——电化学方法可将溶液中的金属离子逐步除去，收—因此常常
这是可以使一些可以重新利用的金属再生出来。电化学氧化，
一种较成熟的水处理技术，并日益成为水处理的热点，研究范围涉及处理印染水、制药废水、制革废水和造纸黑液等。
微电解法是近年来出现的一种较新的废水处理方法。其工作原理是在含有酸性电解质的水溶液中，使铁屑和碳粒之间形
并在其作用空间构成一个电场，利用反成无数个微小的原电池，
应生成的亚铁离子具有较强的还原能力，使某些氧化态的有机
并使部分有机物开环裂解，提高了废水的可生物还原成还原态，
化性，同时亚铁离子具有良好的絮凝作用，新生态的氢也有较强
BOD 去的还原能力，对氧化态有机物有还原作用。因此其COD 、
除效果好，适应性广。此外，还有电解气浮法和电渗析法。
2金属腐蚀腐蚀是指固体（常指金属）在于液体接触时表面层转化成另一种不溶的化合物。腐蚀作用中以电化学腐蚀情况最为严重。
随着人们对保护资源、能源和环境认识的不断提高，对腐蚀的严重危害的关注也在加深。工程材料的腐蚀破坏给国民经济和社会生活造成的严重危害已越来越为人们所认识。首先，腐
蚀造成了巨大的经济损失，
每年有40%左右的钢铁被腐蚀。一般认为工业发达国家的腐蚀损失为国民经济总产量的4%左右。我国每年腐蚀掉不能回收利用的钢铁达1000多万吨，大致相当
于宝山钢铁厂一年的产量，
腐蚀损失为洪水、火灾、飓风和地震等自然灾害综合损失的六倍。
2．1金属腐蚀的产生
腐蚀反应导致金属的状态改变，形成新相（腐蚀产物）而使金属材料破坏。腐蚀反应可以以两种不同的方式进行：化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时没有电流产生。因形成微电池而发生化学作用而引起的腐蚀。称为电化学腐蚀，电化学腐蚀是金属腐蚀中最主要的一种腐蚀方式。
2．2金属腐蚀类型
金属腐蚀破坏有多种形式：均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、空蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀断裂、氢损伤和疲劳腐蚀等。
均匀腐蚀是最常见的一种腐蚀破坏形式，又称全面腐蚀。其特征是：化学反应或电化学反应在整个或绝大部分金属表面上均匀的进行。腐蚀的结果是使金属构件变薄，直到最后发生破坏。一般来说，均匀腐蚀的危害性比其它类型腐蚀的危害性
要小的多，
只要所涉及的机构壁厚比使用寿命期间腐蚀掉的壁厚大约厚一倍左右即可保证安全使用。然而单纯的均匀腐蚀很少，多数伴有各种形式的局部腐蚀。它们大都发生在结构的特定部位上，而且很难预测，结果会使结构发生意外的或过早的破坏，因此局部腐蚀的危害性要更大些。
2．3金属腐蚀控制的电化学方法
（1）形成电镀层，即用直流电源，以电解的方式在金属表面上沉积一层金属或合金镀层的方法。但这种方法最大的缺点是
一旦形成裂缝或局部脱落就会迅速进行局部腐蚀。因此，
在很多情况下应用持续的电化学防护是很有必要的。所谓电化学保护方法，就是根据电化学原理，在金属设备或设施上施加一定的保护电流或保护电势，从而防止或减轻金属腐蚀的防护方法。根据防护方法原理的不同，可分为阴极保护和阳极保护两种方法。
（2）牺牲阳极保护。这种方法不利用外加电源，而是在被保护的金属物上连接一种电极电势更负的金属或合金。当这两种金属处于电解质（如海水或土壤等）中就构成了一个大电池，电势更负的金属或合金成为腐蚀电极的阳极（称为牺牲阳极），而被保护的金属物成为腐蚀电极的阴极，由于发生阴极变化，从而受到了保护。与牺牲阳极保护相类似的另一种方法是利用阳极性金属镀层对金属进行保护，即在金属表面上，通过电镀或金属
喷镀等方法，
镀上一层比基体金属电势更负的金属镀层，如钢上镀锌、
镀镉等这种镀层不但具有机械的隔开腐蚀介质从而保护基体金属的作用，而且当镀层破坏以后，在镀层与基体金属组成
的腐蚀电池中，
镀层成为阳极，而基体金属成为阴极，受到阴极极化作用，从而受到了保护。这种镀层叫做阳极性镀层，阳极性镀层在实质上可被看作是一种牺牲阳极。
（3）阳极保护。就是通过外加电流使被保护的金属进行阳
极极化，从而使其腐蚀程度降到最低的一种电化学保护方法［1］
。
3生物电化学
生物体系发生的一些过程与电化学过程有关，生物电化学
是相对比较新的学科分支，是涉及到多学科的研究领域。
生物电催化，它可定义为在生物催化剂酶的存在下与加速电化学反应相关的一系列现象。在电催化体系中，生物催化剂的主要应用是：研制比现有无机催化剂好的，用于电化学体系的
生物催化剂；研制生物电化学体系，
合成用于生物体内作为燃料的有机物；应用酶的专一性，研制高灵敏的电化学传感器。
生物电分析是分析化学中发展迅速的一个领域。利用生物组分，如酶、抗体等来检测特定的化合物，这一方面的研究导致了生物传感器的发展。分析化学很大一部分的研究是对复杂基
质中相对简单的组分进行定性或定量分析，
在复杂的基质中会出现很多干扰，生物电分析传感器允许对某些组分非常专一、快速的分析，并且灵敏度高，选择性高，价格低廉，可以用于医疗上的分析和工业或环境过程的在线控制甚至是生物体内的测试。
微电极传感器是将生物细胞固定在电极上，电极把微有机体的生物电化学信号转变为电势。微生物电极已经在很多方面得到应用，由于它小的几何面积，使这种电极有应用到生物体内
的可能。微电极也用于电生理学。在连接板夹技术［2］
用作分子内外电势的传感器来研究分子水平的转移。人体脑电图、肌电
图和心电图的分析对检测和处理相关疾病是非常重要的，
所有这些技术都是基于测量人体中产生的电信号。
4化学电源
燃料电池是现在最引人注目的能源装置之一。燃料电池的
原理非常简单，
它通过化学反应产生电源和热能。燃料电池首先应用于20世纪中叶兴起的宇宙开发。因燃料电池具有轻便、简洁和能量转换效率高的特点而被用作宇宙飞船的电源。
燃料电池是最高效的，低或零污染排放，安全并且操作方便的发电装置。依据燃料电池中所用的电解质类型来分类，可分为：磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电
池、
碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池。磷酸型燃料电池已经商品化。是实用化最早，并且使用较多的燃料电池。但该电池为了提高低温反应速率，必须使用铂作催化剂，铂的使用，导致了燃料电池成本的上升，所以，在不降低燃料
电池性能的前提下，
少用或不用铂的技术是目前研究的热点。碱性燃料电池是燃料电池中研究较早的一种，它的最大优
点是：用于可在较低温度下工作，
电池本体材料可选用廉价的耐碱性工程塑料，
成型加工工艺简单；电极可采用廉价的碳载RaneyNi 和Ag 催化剂，输出效率较高。但由于必须使用不含杂质的纯氢和纯氧，为维持一定的电解液浓度，还必须设置较复杂的排水和排热等辅助系统。是碱性燃料电池的应用受到限制。
熔融碳酸盐燃料电池最可取之处之一在于可用含燃料，但硫的污染会影响电池的性能。优点是，发电效率高，不需要铂等贵金属催化剂；可以使用多种燃料；排水系统也比较简便；并且
还可利用高温排热与汽轮机进行复合发电，
是最有希望用于大规模电力事业的燃料电池。它存在的主要问题是成本较高。
质子交换膜燃料电池，又称固体聚合物燃料电池。其优点是能量密度高、无腐蚀性、电池堆设计简单、系统坚固耐用、工作
温度较低，
25ħ 120ħ 。目前质子交换膜燃料电池是研究的热点，它作为电动汽车动力电源的研究已经取得突破性进展，被认为是最有应用潜力的高效、洁净的能源。氢氧燃料电池以氢为
（下转第69页）
of Calcium Ions in the Structure and Function of the Di －isopropylflu-orophosphatase from Loligo vulgaris．Biochem．J．，2001，353：579－89．［18］Milan Jokanovi．Current understanding of the mechanisms involved in
metabolic detoxification of warfare agents．Toxicol．Lett．，2009，188：1－10．［19］Hernandez ，A．，Gomez ，M．A．，Pena ，G．Gil ，et al．Effect of long －
term exposure to pesticides on plasma esterases from plastic greenhouse workers．J．Toxicol．Environ．Health Part A．，2004，67：1095－1108．［20］柏文琴，J ］．应用何风琴，邱星辉．有机磷农药生物降解研究进展［
2004，10（5）：675－680．与环境生物学报，
［21］Eman Ghanem ，Frank M．Raushel．Detoxification of organophosphate
nerve agents by bacterial phosphortriesterase．Toxicol．Appl．pharma-2005，207：S459－S470．col．，
［22］Richins RD ，Mulchandani A ，Chen W．Expression ，immobilization ，and
enzymatic characterization and cellulose binding domain organophospho-rus hydrolase fusion enzymes．Biotechnol．and Bioeng．，2000，69（6）：591－597．［23］Iqbal Gill ，Antonio Ballesteros．Degradation of organophosphorous nerve
agents by enzyme －polymer nanocomposites ：efficient biocatalytic mate-rial for personal protection and large －scale detoxification．Biotechnol．and Bioeng．，2000，70（4）：400－410．［24］王淑豪，孙曼霁．脯氨酸肽酶在军事医学上的应用．卫生毒理学杂
2003，17（4）：255－256质，
［25］Tu －chen Cheng ，Joseph J．DeFrank．Enzymatic detoxification of organo-phosphorus compounds．United States ，1999：US005928927A．［26］Tu －chen Cheng ，Joseph J．DeFrank．Enzymatic detoxification of organo-phosphorus compounds．United States ，2000：US006080566A ［27］Alok Singh ，Walter J．Dressick．Multifunctional toxin decontamination
coatings for sustained protection of people and the environment．2004：ADM001849
［28］楚晓娜，张先恩，陈亚丽，等．假单胞菌WBC23甲基对硫磷水解酶
J ］．微生物学报，2003，43（4）：453－456．性质的初步研究［
［29］刘玉焕，钟英长．华丽曲酶Z58有机磷农药降解酶的纯化和性质．
2000，40（4）：430－434．微生物学报，
［30］刘阳，刘玉焕，李方，等．广谱降解有机磷农药的真菌酶解研究．中
2004，43（2）：76－80．山大学学报（自然科学版），
［31］伍宁丰，邓敏捷，史秀云，等．一种新的有机磷降解酶的分离纯化和
J ］．科学通报，2003，48（23）：2446－2450．酶学性质研究［
［32］邓敏捷，伍宁丰，梁果义，等．一种新的有机磷降解酶基因ophc2的
J ］．科学通报，2004，49（11）：1068－1072．克隆与表达［
［33］伍宁丰，姚斌，范云六，等．重组有机磷降解酶基因、其表达载体及
重组有机磷降解酶的制备方法．2006：CN1772905A．［34］Xiao －Yu Chu ，Ning －Feng Wu ，Min －Jie Deng ，Jian Tian ，et al．Ex-pression of organophophorus hydrolase OPHC2in Pichia pastoris ：Purifi-cation and characterization．Protein Expres．and Purif．，2006，49：9－
14．［35］张宪成，聂志勇，黄春倩．有机磷降解酶OPHC2对神经性毒剂的降
C ］．中国毒理学会第二届全国中青年学者科技论坛会议论解研究［
2007：66．浙江省杭州市，文集，
［36］郭军，伍宁丰，张伟，等．固相载体化的交联酶聚集体及其制备方
法．2009：CN101492665A．［37］郭军，姜广，初晓宇，等．有机磷降解酶的固定化及其工业化应用初
J ］．环境工程学报．2009，3（1）：39－42．探［
［38］赵国辉，M ］．北京：兵器工业出版社，陈海平，董汉昌．化学武器［
1992：71－72．［39］Maxwell ，D．M．．The specificity of carboxylesterase protection against
the toxicity of organophosphorus compounds．Toxicol．Appl．Pharma-col．，1992，114：306－312．［40］张新民．有机磷毒剂抗毒酶的研究进展［J ］．国外医学军事医学分
1995，12（1）：13－15．册，
檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
（上接第65页）
燃料，通过氢和氧分反应产生电能供给动力系统，尾气只有水蒸
“零污染”汽。它不会给环境带来任何污染，堪称的理想环保车。
阻碍质子燃料电池迅速发展并商业化的主要问题之一，就
Pt 对因为载燃料电池的使用温度下，是铂易被一氧化碳所毒化，
CO 强吸附，使Pt 极易被CO 所毒化，从而使Pt 催化剂的活性明
Pt 基催化剂依显降低。多年来的研究表明在低温燃料电池中，
也最稳定的催化剂，也有然是氢和有机小分子电氧化活性最高、
人将其它金属用于质子膜燃料电池的阳极催化剂，但催化活性
［3－6］
。但Pt 极易被CO 毒化，痕量的CO 如10要比Pt 要低的多
［7－8］
， 100ug /g就可以使Pt 催化剂中毒因此研究抗CO 中毒的
阳极催化剂已成为质子膜燃料电池的一个很重要的研究课题。许多文章已报道Pt 与其它贵金属或过渡金属的合金催化剂，或Pt 与过渡金属氧化物的复合催化剂是改进Pt 基催化剂最便利
有一定的抗CO 中毒能力。近年来的研究表和有效的方法之一，
明Pt －Ru 是一种有效的双金属催化剂，此外还有Pt －Bi 、Pt －Sn 、Pt －Pd 、和Pt －TiO 2等。
电化学是一门古老而又年轻的学科。电化学科学的发展和成就举世瞩目，无论是基础研究还是技术应用，从理论到方法，都有许多重大突破。电化学科学的发展，推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、
材料、环保、信息、生命等方面，已经作出并正在作出巨大的贡
献。电化学的未来是灿烂而神奇的。电化学的发展和突破是难以估量的。
参考文献
［1］刘宝俊．材料的腐蚀及其控制［M ］．北京：北京航天航空大学出版
社1989：38－42．［2］Bartlett P N ，Tebbutt P ，Whitaker R G．Prog．Reaction Kinetics ，1991，
16：55．［3］BursteinGT ，Barnett C J ，Kucernak A R J ，Villiams K R．J．Electro-chem．Soc ，1996，143：L139－140．［4］Bjurstein G T ，Barnett C J．Kucernak A R J ，Villiams K R．Catal．To-day ，1997，38：425－428．［5］Samant P V ，Fernandes J B．J．Power Sources ，1999，79：114－117．［6］Kobayashi T ，Otomo J ，Wen C J ，TakahashiH．J．Power Sources ，2003，
124：34－28．［7］Kim J D ，Park K I ，Kobayashi K ，Nagai M．J．Power Sources ，2001，103：
127－132．［8］McIntyre D R ，Burstein G T ，Vossen A．J．Power Sources ，2002，107：67
－72．
电化学的应用和发展
王淑敏，王作辉
（鹤壁职业技术学院，河南
摘
鹤壁458030）
要：电化学是国民工业的一个主题技术之一，其技术成果与人类的生产和生活密切相关。电化学在化学工业、能源、环保、
心脑电图等应用领域都取得了可喜的发展，并因其独特的性能，显示出电化学技术的优越性。
关键词：电化学工业；电解；金属腐蚀；生物电化学；燃料电池
The Application and Development of Electrochemistry Technology
WANG Shu －min ，WANG Zuo －hui
（Hebi Vocation Technical College ，Henan Hebi 458030，China ）
Abstract ：Electrochemistry was a main subject of national industry technologies ，its technical achievements were had closely relationship of human production and life．Electrochemistry was applied in the chemical industry ，energy ，environ-mental protection ，heart and other applications of EEG ，and made a welcome development．Because of its unique perform-ance ，the superiority of electrochemical techniques was demonstrated．
Key words ：electrochemical industry ；electrolysis ；metal corrosion ；bioelectrochemical ；fuel cell
近年来电化学的发展非常迅速，不仅电化学理论和电化学
而且在应用领域，如化学工业、能源、材料科学和方法不断创新，
环境保护等方面同样也占有越来越重要的地位，燃料电池在发电及汽车工业的应用以及生物电化学这一新领域所取得的突出成绩都是比较典型的例子。
电化学技术成果与人类的生活和生产密切相关，本文就电化学在实际中的应用作简单介绍。
腐蚀，它的超电势在4 5mV 之间。还有一个优点是：不希望出现的析氧副反应已被降到非常低的程度（1% 3%）。
汞电解池，该电解池的生产能力较高，但最大的问题是汞的毒性。由于这种原因，这类电池在工业上已逐渐被淘汰。隔板电解池缺点是使用寿命短，阻力大，而且可以允许所有组分通过。且氢氧化钠的浓度不能超过10%，否则将有大量的氢氧根
从而降低电解效率。选择性离子扩散到阳极区而产生氯酸盐，
膜电解池与隔板电解池类似。不同的是隔离物是具有选择性的隔膜，它只允许特定离子通过，用它来代替隔板。用这种方法获得的苛性钠要比上一种机械膜电池浓度高的多。这种电解池消耗是这三种过程中最低的，产物纯度也是最高的。目前在世界范围内都倾向于使用选择性隔膜电解池。
1电化学的应用
电化学在工业上起着相当重要作用，包括电解、金属加工与处理、电池和燃料电池、水和废水处理等方面的应用。在可以选择生产方法的条件下，电的价格和它应用的便利性影响着电化学在工业上的应用。出于这种原因，大规模、高能量电解过程，如金属的冶炼只能在低成本电力地区发展起来。这种考虑要比考虑运输矿石的造价更重要，因为传送电能的过程中要有大量的能量损失。目前已经发现的超导材料的临界温度已经远高于
常温超导材料的研究将可能在未来的几十年里，液氮沸点温度，
使这种无能量损失的超导电缆传输成为现实，这对电化学工业的发展无疑是非常有益的。
1．2电化学水处理及废水处理。
1．1电解和电合成工业
氯碱工业――这是世界上最大的电化学工业，它是通过电解食盐水，从而获得氯气和苛性钠的过程。氯气用于制备氯乙烯，进而合成得到PVC ，还可用作纸浆及纸的漂白剂和杀菌剂。
工业中常用的有三种电解池：汞电解池、隔板电解池、离子选择性电解池。由于氯的腐蚀力和电极本身的氧化，传统碳棒
RuO 2涂层中含或石墨阳极已经被RuO 2涂层的钛电极所取代，
如Co 3O 4等。这类阳极几乎不被有一定量的过渡金属氧化物，
作者简介：王淑敏（1981－），女，鹤壁职业技术学院教师。
该法不需要很多化学药品，后处理简单，占地面积小，管理
方便。用于水及废水处理的电解池设计的有利因素是电极表面积/阴极电解液体积之比高。常见的方法有以下几种：电解回
——电化学方法可将溶液中的金属离子逐步除去，收—因此常常
这是可以使一些可以重新利用的金属再生出来。电化学氧化，
一种较成熟的水处理技术，并日益成为水处理的热点，研究范围涉及处理印染水、制药废水、制革废水和造纸黑液等。
微电解法是近年来出现的一种较新的废水处理方法。其工作原理是在含有酸性电解质的水溶液中，使铁屑和碳粒之间形
并在其作用空间构成一个电场，利用反成无数个微小的原电池，
应生成的亚铁离子具有较强的还原能力，使某些氧化态的有机
并使部分有机物开环裂解，提高了废水的可生物还原成还原态，
化性，同时亚铁离子具有良好的絮凝作用，新生态的氢也有较强
BOD 去的还原能力，对氧化态有机物有还原作用。因此其COD 、
除效果好，适应性广。此外，还有电解气浮法和电渗析法。
2金属腐蚀腐蚀是指固体（常指金属）在于液体接触时表面层转化成另一种不溶的化合物。腐蚀作用中以电化学腐蚀情况最为严重。
随着人们对保护资源、能源和环境认识的不断提高，对腐蚀的严重危害的关注也在加深。工程材料的腐蚀破坏给国民经济和社会生活造成的严重危害已越来越为人们所认识。首先，腐
蚀造成了巨大的经济损失，
每年有40%左右的钢铁被腐蚀。一般认为工业发达国家的腐蚀损失为国民经济总产量的4%左右。我国每年腐蚀掉不能回收利用的钢铁达1000多万吨，大致相当
于宝山钢铁厂一年的产量，
腐蚀损失为洪水、火灾、飓风和地震等自然灾害综合损失的六倍。
2．1金属腐蚀的产生
腐蚀反应导致金属的状态改变，形成新相（腐蚀产物）而使金属材料破坏。腐蚀反应可以以两种不同的方式进行：化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀作用进行时没有电流产生。因形成微电池而发生化学作用而引起的腐蚀。称为电化学腐蚀，电化学腐蚀是金属腐蚀中最主要的一种腐蚀方式。
2．2金属腐蚀类型
金属腐蚀破坏有多种形式：均匀腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、空蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀断裂、氢损伤和疲劳腐蚀等。
均匀腐蚀是最常见的一种腐蚀破坏形式，又称全面腐蚀。其特征是：化学反应或电化学反应在整个或绝大部分金属表面上均匀的进行。腐蚀的结果是使金属构件变薄，直到最后发生破坏。一般来说，均匀腐蚀的危害性比其它类型腐蚀的危害性
要小的多，
只要所涉及的机构壁厚比使用寿命期间腐蚀掉的壁厚大约厚一倍左右即可保证安全使用。然而单纯的均匀腐蚀很少，多数伴有各种形式的局部腐蚀。它们大都发生在结构的特定部位上，而且很难预测，结果会使结构发生意外的或过早的破坏，因此局部腐蚀的危害性要更大些。
2．3金属腐蚀控制的电化学方法
（1）形成电镀层，即用直流电源，以电解的方式在金属表面上沉积一层金属或合金镀层的方法。但这种方法最大的缺点是
一旦形成裂缝或局部脱落就会迅速进行局部腐蚀。因此，
在很多情况下应用持续的电化学防护是很有必要的。所谓电化学保护方法，就是根据电化学原理，在金属设备或设施上施加一定的保护电流或保护电势，从而防止或减轻金属腐蚀的防护方法。根据防护方法原理的不同，可分为阴极保护和阳极保护两种方法。
（2）牺牲阳极保护。这种方法不利用外加电源，而是在被保护的金属物上连接一种电极电势更负的金属或合金。当这两种金属处于电解质（如海水或土壤等）中就构成了一个大电池，电势更负的金属或合金成为腐蚀电极的阳极（称为牺牲阳极），而被保护的金属物成为腐蚀电极的阴极，由于发生阴极变化，从而受到了保护。与牺牲阳极保护相类似的另一种方法是利用阳极性金属镀层对金属进行保护，即在金属表面上，通过电镀或金属
喷镀等方法，
镀上一层比基体金属电势更负的金属镀层，如钢上镀锌、
镀镉等这种镀层不但具有机械的隔开腐蚀介质从而保护基体金属的作用，而且当镀层破坏以后，在镀层与基体金属组成
的腐蚀电池中，
镀层成为阳极，而基体金属成为阴极，受到阴极极化作用，从而受到了保护。这种镀层叫做阳极性镀层，阳极性镀层在实质上可被看作是一种牺牲阳极。
（3）阳极保护。就是通过外加电流使被保护的金属进行阳
极极化，从而使其腐蚀程度降到最低的一种电化学保护方法［1］
。
3生物电化学
生物体系发生的一些过程与电化学过程有关，生物电化学
是相对比较新的学科分支，是涉及到多学科的研究领域。
生物电催化，它可定义为在生物催化剂酶的存在下与加速电化学反应相关的一系列现象。在电催化体系中，生物催化剂的主要应用是：研制比现有无机催化剂好的，用于电化学体系的
生物催化剂；研制生物电化学体系，
合成用于生物体内作为燃料的有机物；应用酶的专一性，研制高灵敏的电化学传感器。
生物电分析是分析化学中发展迅速的一个领域。利用生物组分，如酶、抗体等来检测特定的化合物，这一方面的研究导致了生物传感器的发展。分析化学很大一部分的研究是对复杂基
质中相对简单的组分进行定性或定量分析，
在复杂的基质中会出现很多干扰，生物电分析传感器允许对某些组分非常专一、快速的分析，并且灵敏度高，选择性高，价格低廉，可以用于医疗上的分析和工业或环境过程的在线控制甚至是生物体内的测试。
微电极传感器是将生物细胞固定在电极上，电极把微有机体的生物电化学信号转变为电势。微生物电极已经在很多方面得到应用，由于它小的几何面积，使这种电极有应用到生物体内
的可能。微电极也用于电生理学。在连接板夹技术［2］
用作分子内外电势的传感器来研究分子水平的转移。人体脑电图、肌电
图和心电图的分析对检测和处理相关疾病是非常重要的，
所有这些技术都是基于测量人体中产生的电信号。
4化学电源
燃料电池是现在最引人注目的能源装置之一。燃料电池的
原理非常简单，
它通过化学反应产生电源和热能。燃料电池首先应用于20世纪中叶兴起的宇宙开发。因燃料电池具有轻便、简洁和能量转换效率高的特点而被用作宇宙飞船的电源。
燃料电池是最高效的，低或零污染排放，安全并且操作方便的发电装置。依据燃料电池中所用的电解质类型来分类，可分为：磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电
池、
碱性燃料电池和质子交换膜燃料电池。磷酸型燃料电池已经商品化。是实用化最早，并且使用较多的燃料电池。但该电池为了提高低温反应速率，必须使用铂作催化剂，铂的使用，导致了燃料电池成本的上升，所以，在不降低燃料
电池性能的前提下，
少用或不用铂的技术是目前研究的热点。碱性燃料电池是燃料电池中研究较早的一种，它的最大优
点是：用于可在较低温度下工作，
电池本体材料可选用廉价的耐碱性工程塑料，
成型加工工艺简单；电极可采用廉价的碳载RaneyNi 和Ag 催化剂，输出效率较高。但由于必须使用不含杂质的纯氢和纯氧，为维持一定的电解液浓度，还必须设置较复杂的排水和排热等辅助系统。是碱性燃料电池的应用受到限制。
熔融碳酸盐燃料电池最可取之处之一在于可用含燃料，但硫的污染会影响电池的性能。优点是，发电效率高，不需要铂等贵金属催化剂；可以使用多种燃料；排水系统也比较简便；并且
还可利用高温排热与汽轮机进行复合发电，
是最有希望用于大规模电力事业的燃料电池。它存在的主要问题是成本较高。
质子交换膜燃料电池，又称固体聚合物燃料电池。其优点是能量密度高、无腐蚀性、电池堆设计简单、系统坚固耐用、工作
温度较低，
25ħ 120ħ 。目前质子交换膜燃料电池是研究的热点，它作为电动汽车动力电源的研究已经取得突破性进展，被认为是最有应用潜力的高效、洁净的能源。氢氧燃料电池以氢为
（下转第69页）
of Calcium Ions in the Structure and Function of the Di －isopropylflu-orophosphatase from Loligo vulgaris．Biochem．J．，2001，353：579－89．［18］Milan Jokanovi．Current understanding of the mechanisms involved in
metabolic detoxification of warfare agents．Toxicol．Lett．，2009，188：1－10．［19］Hernandez ，A．，Gomez ，M．A．，Pena ，G．Gil ，et al．Effect of long －
term exposure to pesticides on plasma esterases from plastic greenhouse workers．J．Toxicol．Environ．Health Part A．，2004，67：1095－1108．［20］柏文琴，J ］．应用何风琴，邱星辉．有机磷农药生物降解研究进展［
2004，10（5）：675－680．与环境生物学报，
［21］Eman Ghanem ，Frank M．Raushel．Detoxification of organophosphate
nerve agents by bacterial phosphortriesterase．Toxicol．Appl．pharma-2005，207：S459－S470．col．，
［22］Richins RD ，Mulchandani A ，Chen W．Expression ，immobilization ，and
enzymatic characterization and cellulose binding domain organophospho-rus hydrolase fusion enzymes．Biotechnol．and Bioeng．，2000，69（6）：591－597．［23］Iqbal Gill ，Antonio Ballesteros．Degradation of organophosphorous nerve
agents by enzyme －polymer nanocomposites ：efficient biocatalytic mate-rial for personal protection and large －scale detoxification．Biotechnol．and Bioeng．，2000，70（4）：400－410．［24］王淑豪，孙曼霁．脯氨酸肽酶在军事医学上的应用．卫生毒理学杂
2003，17（4）：255－256质，
［25］Tu －chen Cheng ，Joseph J．DeFrank．Enzymatic detoxification of organo-phosphorus compounds．United States ，1999：US005928927A．［26］Tu －chen Cheng ，Joseph J．DeFrank．Enzymatic detoxification of organo-phosphorus compounds．United States ，2000：US006080566A ［27］Alok Singh ，Walter J．Dressick．Multifunctional toxin decontamination
coatings for sustained protection of people and the environment．2004：ADM001849
［28］楚晓娜，张先恩，陈亚丽，等．假单胞菌WBC23甲基对硫磷水解酶
J ］．微生物学报，2003，43（4）：453－456．性质的初步研究［
［29］刘玉焕，钟英长．华丽曲酶Z58有机磷农药降解酶的纯化和性质．
2000，40（4）：430－434．微生物学报，
［30］刘阳，刘玉焕，李方，等．广谱降解有机磷农药的真菌酶解研究．中
2004，43（2）：76－80．山大学学报（自然科学版），
［31］伍宁丰，邓敏捷，史秀云，等．一种新的有机磷降解酶的分离纯化和
J ］．科学通报，2003，48（23）：2446－2450．酶学性质研究［
［32］邓敏捷，伍宁丰，梁果义，等．一种新的有机磷降解酶基因ophc2的
J ］．科学通报，2004，49（11）：1068－1072．克隆与表达［
［33］伍宁丰，姚斌，范云六，等．重组有机磷降解酶基因、其表达载体及
重组有机磷降解酶的制备方法．2006：CN1772905A．［34］Xiao －Yu Chu ，Ning －Feng Wu ，Min －Jie Deng ，Jian Tian ，et al．Ex-pression of organophophorus hydrolase OPHC2in Pichia pastoris ：Purifi-cation and characterization．Protein Expres．and Purif．，2006，49：9－
14．［35］张宪成，聂志勇，黄春倩．有机磷降解酶OPHC2对神经性毒剂的降
C ］．中国毒理学会第二届全国中青年学者科技论坛会议论解研究［
2007：66．浙江省杭州市，文集，
［36］郭军，伍宁丰，张伟，等．固相载体化的交联酶聚集体及其制备方
法．2009：CN101492665A．［37］郭军，姜广，初晓宇，等．有机磷降解酶的固定化及其工业化应用初
J ］．环境工程学报．2009，3（1）：39－42．探［
［38］赵国辉，M ］．北京：兵器工业出版社，陈海平，董汉昌．化学武器［
1992：71－72．［39］Maxwell ，D．M．．The specificity of carboxylesterase protection against
the toxicity of organophosphorus compounds．Toxicol．Appl．Pharma-col．，1992，114：306－312．［40］张新民．有机磷毒剂抗毒酶的研究进展［J ］．国外医学军事医学分
1995，12（1）：13－15．册，
檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵檵
（上接第65页）
燃料，通过氢和氧分反应产生电能供给动力系统，尾气只有水蒸
“零污染”汽。它不会给环境带来任何污染，堪称的理想环保车。
阻碍质子燃料电池迅速发展并商业化的主要问题之一，就
Pt 对因为载燃料电池的使用温度下，是铂易被一氧化碳所毒化，
CO 强吸附，使Pt 极易被CO 所毒化，从而使Pt 催化剂的活性明
Pt 基催化剂依显降低。多年来的研究表明在低温燃料电池中，
也最稳定的催化剂，也有然是氢和有机小分子电氧化活性最高、
人将其它金属用于质子膜燃料电池的阳极催化剂，但催化活性
［3－6］
。但Pt 极易被CO 毒化，痕量的CO 如10要比Pt 要低的多
［7－8］
， 100ug /g就可以使Pt 催化剂中毒因此研究抗CO 中毒的
阳极催化剂已成为质子膜燃料电池的一个很重要的研究课题。许多文章已报道Pt 与其它贵金属或过渡金属的合金催化剂，或Pt 与过渡金属氧化物的复合催化剂是改进Pt 基催化剂最便利
有一定的抗CO 中毒能力。近年来的研究表和有效的方法之一，
明Pt －Ru 是一种有效的双金属催化剂，此外还有Pt －Bi 、Pt －Sn 、Pt －Pd 、和Pt －TiO 2等。
电化学是一门古老而又年轻的学科。电化学科学的发展和成就举世瞩目，无论是基础研究还是技术应用，从理论到方法，都有许多重大突破。电化学科学的发展，推动了世界科学的进步，促进了社会经济的发展，对解决人类社会面临的能源、交通、
材料、环保、信息、生命等方面，已经作出并正在作出巨大的贡
献。电化学的未来是灿烂而神奇的。电化学的发展和突破是难以估量的。
参考文献
［1］刘宝俊．材料的腐蚀及其控制［M ］．北京：北京航天航空大学出版
社1989：38－42．［2］Bartlett P N ，Tebbutt P ，Whitaker R G．Prog．Reaction Kinetics ，1991，
16：55．［3］BursteinGT ，Barnett C J ，Kucernak A R J ，Villiams K R．J．Electro-chem．Soc ，1996，143：L139－140．［4］Bjurstein G T ，Barnett C J．Kucernak A R J ，Villiams K R．Catal．To-day ，1997，38：425－428．［5］Samant P V ，Fernandes J B．J．Power Sources ，1999，79：114－117．［6］Kobayashi T ，Otomo J ，Wen C J ，TakahashiH．J．Power Sources ，2003，
124：34－28．［7］Kim J D ，Park K I ，Kobayashi K ，Nagai M．J．Power Sources ，2001，103：
127－132．［8］McIntyre D R ，Burstein G T ，Vossen A．J．Power Sources ，2002，107：67
－72．