首页 . 理学 . 化学 . 物理化学 . 电化学 . 原电池 . 接触电势

接触电势

/contact potential/
条目作者詹东平

詹东平

最后更新 2024-09-25
浏览 172
最后更新 2024-09-25
浏览 172
0 意见反馈 条目引用

由于电子功函(即电子逸出功)的差异,当两相接触时,电子自发地从低功函相转移至高功函相,在两相界面处形成接触电场。当两相电子的费米能级相等时,电子相间转移的净电量为零,体系达到热力学平衡状态,界面电场的电势即为接触电势。

英文名称
contact potential
所属学科
化学

接触电势有很多种类,而且与材料的导电性无关。如摩擦起电,当用丝绸摩擦玻璃棒或者用毛皮摩擦橡胶棒,就可以在玻璃/丝绸和橡胶/毛皮界面形成接触电势。在电化学研究中,典型的接触电势可以分为以下三类:

当把一个锌(Zn)片插入一定浓度的ZnSO4溶液中,那么由于两相电子功函的差异,在Zn/ZnSO4溶液界面上就会自发地进行Zn的溶解和Zn2+的沉积反应。直到两相界面处电子的费米能级相等,Zn/ZnSO4溶液界面体系就达到热力学平衡。此时,Zn的溶解速率和Zn2+的沉积速率相等,没有净反应发生,于是建立了Zn/ZnSO4溶液界面的热力学平衡电势。当溶液中有多个氧化还原物种时,电荷转移反应动力学速率最快的为“电势决定粒子”,该反应为“电势决定反应”,此时的热力学平衡电势为“混合电势”。

在固体电解质溶液体系中,固/固界面也会建立相应的热力学平衡电势。与固/液界面电势类似,这类接触电势建立的过程是一个界面双电层结构重组和/或电化学反应过程。由于电子功函的差异,相互接触的金属也会产生固/固界面电势,在电催化、腐蚀(如牺牲阳极)和传感(如热电偶)等领域有着重要应用。金属/半导体界面也是一种重要的固/固界面,可分为肖特基结和欧姆接触两类,不仅在半导体器件中有重要应用,而且在电解质溶液环境中会自发地诱导电化学反应。例如,若半导体电子功函比金属低,界面处电子就会由半导体进入金属形成接触电势。在电解质溶液环境中,当界面处金属一侧富集的电子被溶液中电子受体转移,半导体就会因空穴累积而发生腐蚀或者诱导溶液相氧化反应发生。在金属团簇修饰的半导体纳米颗粒上发生的光电催化反应,本质上也是如此。

液/液界面电势是由互不混溶的电解质溶液所组成的界面。由于离子在两溶液相中的(电)化学势不同而发生迁移,从而在界面两侧产生浓度差,建立接触电势,即液/液界面的热力学平衡电势。液/液界面电势也可以由分别溶解在两相中的氧化还原电对之间的电子转移而建立。

综上所述,接触电势是由于载流子(电子、空穴或者离子)在相互接触的两相中的“电化学势”不同,在界面处重新分布而引起的(见图)。在接触电势建立的过程中,发生了界面结构重组和/或电荷转移过程;在特定条件下,会伴随表界面电化学反应的发生。

接触电势图接触电势图

相关条目

阅读历史

    意见反馈

    提 交

    感谢您的反馈

    我们会尽快处理您的反馈!
    您可以进入个人中心的反馈栏目查看反馈详情。
    谢谢!