Elektrochemia stosowana

obowiązkowe

Wykład jest wykładem specjalizacyjnym przeznaczonym dla studentów studiów II stopnia (magisterskich) posiadających dyplom licencjata z tematyki związanej z chemią fizyczną , chemią nieorganiczną i analityczną. Wykład przeznaczony jest dla studentów zainteresowanych w praktycznych, współczesnych aspektach elektrochemii.

w sali

Celem wykładu jest zapoznanie studentów ze współczesnymi aspektami elektrochemii stosowanej. Wykład obejmuje wybrane zagadnienia z korozji materiałów, elektro i biokatalizy, elektrochemicznego wytwarzania materiałów, funkcjonowania ogniw i bioogniw, elektrochemii i fotoelektrochemii półprzewodników, zastosowania elektrochemii w otrzymywaniu nanorozmiarowych materiałów.

Wykład dotyczy wybranych zagadnień z elektrochemii stosowanej i składa się z kilku części. Korozja materiałów: zjawisko korozji, stabilność materiałów, diagram Pourbaix, schemat Evansa, mechanizmy korozji, inhibitory korozji, pasywacja, metody badania korozji. Elektro i biokataliza: różnice między reakcjami konwencjonalnymi elektrochemicznymi i reakcjami elektrokatalitycznymi, konkretne reakcje elektrokatalityczne i ich znaczenie, rodzaje katalizatorów, katalizatory w redukcji tlenu, wydzielaniu wodoru, elektrody enzymatyczne i ich zastosowanie. Elektroosadzanie: zastosowanie elektrochemii w osadzaniu cienkich warstw metalicznych, polimerów przewodzących, wytwarzaniu nanostruktur, mechanizmy zarodkowania i narastania cienkich warstw, osadzanie podpotencjałowe – opis termodynamiczny, wpływ różnych czynników na rodzaj tworzonych struktur. Ogniwa galwaniczne, paliwowe, bioogniwa, ich działanie, konstrukcja i wydajność, nowe materiały w konstrukcji ogniw. Elektrochemia i fotoelektrochemia półprzewodników : czynniki powodujące różnice między elektrodami metalicznymi i półprzewodnikowymi, zjawiska spowodowane oświetlaniem elektrod półprzewodnikowych, fotokorozja, rodzaje fotoogniw - konstrukcja, dobór elektrod , fotokatalityczny rozkład wody, fotoogniwa polimerowe, barwnikowe. Zastosowanie spektroskopii impedancyjnej.

Szacowany nakład pracy studenta (w semestrze): 75 godzin

• Obecność na wykładach – 30 godzin

• Konsultacje – 15 godziny

• Przygotowanie do kolokwiów – 15 godzin

• Przygotowanie do egzaminu końcowego – 15 godzin

1. Modern Electrochemistry 2A, 2B Second Edition, ed by J O`M Bocris, A. K.N. Reddy, M Gamboa-Aldeco. 2000, NY, Culver Academic

2. Electrocatalysis. J.Lipkowski, P.N.Ross 1998, NY, Wiley-VCH

3. Semiconductor Electrodes and Photoelectrochemistry ed by S. Licht 2002, NY, Wiley-VCH

4. Nanostructures and Nanomaterials. Synthesis, Properties, Applications. G.Cao, 2004, Imperial College Press

5. Artykuły źródłowe I przegladowe dotyczące omawianych zagadnień - odnośniki podawane podczas wykładów.

Po zakończeniu wykładu student:

●zna najważniejsze problemy, którymi zajmuje się współczesna elektrochemia stosowana.

● posiada specjalistyczną wiedzę niezbędna do opisu procesów występujących podczas korozji , elektroosadzania, oświetlania materiałów półprzewodnikowych, w elektro i biokatalizie, w ogniwach i fotoogniwach .

● potrafi wskazać i uzasadnić krytycznie kierunki poszukiwań nowych materiałów dla potrzeb ogniw, bioogniw i fotoogniw.

● potrafi wskazać i uzasadnić krytycznie kierunki poszukiwań nowych materiałów dla potrzeb elektrokatalizy,

● potrafi samodzielnie korzystać z artykułów żródłowych dotyczących wybranych zagadnień z elektrochemii stosowanej.

Wiedza (absolwent zna i rozumie):

K_W06 w zaawansowanym stopniu chemii fizycznej (w zakresie: termodynamiki i termochemii, zagadnień związanych z ze stanem równowagi chemicznej, elektrochemii, zjawisk na granicy faz, procesów transportu oraz teorii kinetyki chemicznej z uwzględnieniem zjawisk katalizy) wraz z odpowiednim aparatem matematycznym.

K_W14 w zaawansowanym stopniu aspekty budowy i działania nowoczesnej aparatury pomiarowej wspomagającej badania naukowe w chemii.

Umiejętności (absolwent potrafi):

K_U16 zastosować odpowiednie metody, techniki i narzędzia badawcze w ramach danej specjalności chemicznej konieczne dla wyjaśnienia postawionego problemu, w tym zaawansowanych technik informacyjno-komunikacyjnych.

K_U17 przeprowadzać pomiary wybranych wielkości fizykochemicznych, wyznaczać ich wartości oraz ocenić wiarygodność uzyskanych wyników. Potrafi posługiwać się wybraną aparaturą pomiarową.

K_U20 w sposób precyzyjny i spójny wypowiadać się w mowie i piśmie na tematy dotyczące problemów chemicznych z użyciem specjalistycznej terminologii.

Kompetencje społeczne (absolwent jest gotów do):

K_K01 do określenia zakresu posiadanej przez siebie wiedzy i umiejętności oraz do podnoszenia kompetencji zawodowych i osobistych.

K_K02 samodzielnego podejmowania i inicjowania prostych działań badawczych a w przypadku trudności z samodzielnym rozwiązaniem problemu zasięgania opinii ekspertów.

K_K04 wypełniania zobowiązań społecznych i działania na rzecz interesu publicznego z racji zdobytej wiedzy i umiejętności.

Egzamin pisemny

Wymagania egzaminacyjne:

Zjawisko korozji- na czym polega, przykłady.

Prąd korozyjny, potencjal korozyjny.

Ochrona przed korozją, dzialanie inhibitorów – diagramy Evansa.

Zjawisko pasywacji.

Kinetyka zarodkowania natychmiastowego, progresywnego. Tworzenie monowarstw.

Elektroosadzanie przedpotencjalowe- opis termodynamiczny, przesunięcie przedpotencjalowe.

Porównanie katalizy chemicznej i elektrokatalizy.

Parametry charakteryzujące efekt elektrokatalityczny.

Katalizatory w redukcji tlenu i wydzielaniu wodoru.

Elektrody enzymatyczne ich otrzymywanie i zastosowania.

Katalizatory tworzone w wyniku UPD.

Współczesne materiały dla ogniw I i II rodzaju, ogniw paliwowych, bioogniw. Działanie ogniw – reakcje, wydajność.

Różnice między właściwościami granicy faz półprzewodnik/ roztwór elektrolitu a metal/ roztwór elektrolitu.

Stan wyczerpania , inwersji, wzbogacenia w obszarze ładunku przestrzennego w pólprzewodniku .

Krótka charakterystyka fotoogniw woltaicznych, elektrolitycznych. Nowe generacje fotoogniw.

Ochrona fotoogniw przed fotokorozją.

nie dotyczy