摘 要：電化學(xué)是一門邊緣學(xué)科，在歷史長(zhǎng)河中被人類先后認(rèn)知，最終發(fā)明，有著很大的發(fā)展空間和應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)；生命科學(xué)；燃料電池；氧化劑；高分子材料；有機(jī)材料；生物酶?jìng)鞲衅?/p>

歷史的長(zhǎng)河中，人類先后發(fā)現(xiàn)了火與電，并開(kāi)始進(jìn)一步研究和利用，恰當(dāng)發(fā)揮二者在生產(chǎn)生活中的作用。大約200萬(wàn)年前，我國(guó)發(fā)現(xiàn)最早使用火的古人類是170萬(wàn)年前元謀猿人，火的應(yīng)用從一定程度上說(shuō)是化學(xué)發(fā)展史的開(kāi)端。人類最早意識(shí)到電的存在是摩擦起電現(xiàn)象要追溯到公元前600年左右。電與化學(xué)的結(jié)合開(kāi)啟了電化學(xué)的時(shí)代。1800年，英國(guó)化學(xué)家安東尼卡萊爾和威廉尼克爾森通過(guò)電解的方式成功將水分解為氫氣和氧氣，是電化學(xué)史上的一次成功應(yīng)用。

1 電化學(xué)中燃料電池的發(fā)展

燃料電池是一種通過(guò)化學(xué)反應(yīng)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的化學(xué)反應(yīng)，是電化學(xué)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

燃料電池在生產(chǎn)生活中起著較為重要的作用，因?yàn)槠洳豢商娲膬?yōu)良特性。

第一，相比于核能、風(fēng)能、油氣、煤等能源的能量轉(zhuǎn)化率，燃料電池的能量轉(zhuǎn)率很高，依據(jù)這一特性，更多的應(yīng)用到商業(yè)，軍工，和專業(yè)研究等方面。

第二，燃料電池具有優(yōu)良的環(huán)保特性，污染小，所以無(wú)論是從長(zhǎng)期上考慮投入到污染治理方面的費(fèi)用，還是短期上對(duì)生態(tài)環(huán)境側(cè)面保護(hù)來(lái)說(shuō)都處于其他形式能源不能相比的地位。

第三，燃料電池的操作簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用，更是為其擴(kuò)展了應(yīng)用條件。

現(xiàn)階段發(fā)展比較成熟的堿性燃料電池主要是氫氧燃料電池，已經(jīng)開(kāi)始著眼應(yīng)用于空間航天器的電能使用及續(xù)航，而相對(duì)應(yīng)的主要的酸性燃料電池主要是磷酸燃料電池，磷酸在較高溫度下，導(dǎo)電性較好同時(shí)濕度對(duì)其導(dǎo)電性影響較小，德國(guó)和美國(guó)開(kāi)始共同合作建立發(fā)電廠。下一步要開(kāi)始發(fā)現(xiàn)并探究新的催化劑，提高反應(yīng)的效率。

同時(shí)由于燃料電池的環(huán)保性，燃料電池汽車已經(jīng)發(fā)展到第三代，燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)變效率高，比能量和比功率都高，并且可以控制反應(yīng)過(guò)程，能量轉(zhuǎn)化過(guò)程可以連續(xù)進(jìn)行，因此是理想的汽車用電池，雖然還處于研制階段，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破，但是相信不久就可以實(shí)現(xiàn)突破。燃料電池的發(fā)展趨向多元化，將會(huì)更多的把研究方向轉(zhuǎn)化為電解質(zhì)膜的研究和催化劑的選擇，最終提高燃料電池的使用壽命和使用效率。

2 電化學(xué)腐蝕的影響因素及電化學(xué)的防腐應(yīng)用

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)生活中涉及到大量的金屬構(gòu)件，而金屬構(gòu)件的腐蝕對(duì)于構(gòu)建的損害是極其嚴(yán)重的，同時(shí)影響到了構(gòu)件的正常使用，也浪費(fèi)了金屬能源，防腐工作因此起到了非常重要的作用，電化學(xué)在防腐應(yīng)用上起到了很重要的作用，因此要研究影響腐蝕過(guò)程中電化學(xué)反應(yīng)的因素，初步探究猜想氯離子和溶液的酸堿度都會(huì)對(duì)反應(yīng)有影響。

為了防止金屬腐蝕的進(jìn)行，有很多防止腐蝕的電化學(xué)方法，為大家所熟知的有運(yùn)用電鍍法進(jìn)行金屬涂層和鍍層，還有陰極保護(hù)法，陽(yáng)極保護(hù)法，還有緩蝕劑保護(hù)等方法。犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法技術(shù)應(yīng)用到金屬防腐工程中，陽(yáng)極材料采用鎂合金被保護(hù)金屬管道的電極電位控制在一定范圍內(nèi)從而可以對(duì)金屬設(shè)施起到很重要的防腐作用。陽(yáng)極保護(hù)法在鋼制硫酸防腐中廣泛應(yīng)用，并且得到了進(jìn)一步的推廣。

同時(shí)，緩釋劑的使用也被應(yīng)用到了防腐當(dāng)中，例如水穩(wěn)劑對(duì)冷卻水中一些常見(jiàn)的金屬離子的減緩腐蝕情況的影響。電化學(xué)在防腐過(guò)程中，節(jié)約了能源，加強(qiáng)了環(huán)境保護(hù)，也減少了多方面的經(jīng)濟(jì)損失起到了很好的加強(qiáng)生產(chǎn)效率的作用。

3 電化學(xué)在材料科學(xué)中的分類及發(fā)展前景

電化學(xué)和材料科學(xué)是兩種已經(jīng)比較成熟的邊緣學(xué)科，而關(guān)于二者的結(jié)合，越來(lái)越受到全世界科學(xué)研究者和關(guān)注。例如微觀電化學(xué)材料科學(xué)作為二者交叉的研究方向包括了帶點(diǎn)界面上的現(xiàn)象同時(shí)也關(guān)注這階段材料內(nèi)部的變化，還有宏觀電化學(xué)材料科學(xué)，不同于微觀，宏觀上主要觀察離子的流動(dòng)現(xiàn)象與材料有關(guān)的問(wèn)題。

電化學(xué)材料科學(xué)的研究方向日益明確，主要是研究材料發(fā)生化學(xué)變化時(shí)涉及到的與電有關(guān)的變化和現(xiàn)象。微觀電化學(xué)材料科學(xué)主要研究電解材料，電極材料，傳感信息材料。其中電極材料分為陽(yáng)極材料，陰極材料，還有其他電極材，具體包括一些碳材料，金屬材料，氧化物材料，復(fù)合材料等。傳感信息材料包括傳感材料，信息材料，具體包括氣體傳感材料，生物傳感材料，信息轉(zhuǎn)換材料，電接觸材料。電解質(zhì)材料分為電解質(zhì)材料，隔膜材料，具體包括電解質(zhì)，電離子導(dǎo)體，隔膜材料等等。

電化學(xué)材料科學(xué)可以從宏觀微觀的角度來(lái)劃分，同時(shí)也可以從材料角度來(lái)劃分，可以分為電化學(xué)無(wú)機(jī)材料科學(xué)和電化學(xué)材料有機(jī)科學(xué)，或者分為理論電化學(xué)材料和應(yīng)用電化學(xué)材料，還可以分為腐蝕電化學(xué)材料科學(xué)，分子電化學(xué)材料科學(xué)，工業(yè)電化學(xué)材料科學(xué)。

4 生物電化學(xué)的發(fā)展

近些年來(lái)，生物電化學(xué)發(fā)展非常迅速，電化學(xué)在生命科學(xué)中有很多科學(xué)應(yīng)用，技術(shù)應(yīng)用，現(xiàn)階段例如電脈沖基因直接導(dǎo)入，在癌癥治療當(dāng)中應(yīng)用的電化學(xué)，生物分子的電化學(xué)行為等等。電化學(xué)生物傳感器在生物電化學(xué)的發(fā)展當(dāng)中是一個(gè)很好的創(chuàng)新與嘗試，并且取得了一定的成就。傳感器一般由識(shí)別元件、轉(zhuǎn)換元件、電子線路及相應(yīng)結(jié)構(gòu)附件組成，而生物傳感器是指用生物體成分或生物體自身作為識(shí)別元件，以電信號(hào)為接受信息。生物酶電極傳感器，通過(guò)測(cè)定氧氣的消耗和過(guò)氧化氫的產(chǎn)生，酸堿度的變化來(lái)測(cè)定葡萄糖的產(chǎn)生，市面上的一些商業(yè)生物酶?jìng)鞲衅靼蛩嵘锩鸽姌O傳感器，GOD電極傳感器，乳酸單氧化酶電極傳感器。微生物電極傳感器，利用微生物體內(nèi)的酶，微生物對(duì)有機(jī)物的同化作用，雖然穩(wěn)定性有待提高但由于價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)和壽命較長(zhǎng)，微生物電極傳感器有著很好的發(fā)展空間和前景。電化學(xué)DNA傳感器，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是利用DNA分子配對(duì)達(dá)到檢測(cè)基因的目的。

以上只是生物電化學(xué)的冰山一角，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，我想生物電化學(xué)會(huì)有著更強(qiáng)勁的發(fā)展動(dòng)力和發(fā)展空間，生物電化學(xué)也一定會(huì)成為一個(gè)非常有生命力的前沿學(xué)科。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李景紅.分析化學(xué).

[2] 天趙武.電化學(xué).

[3] 張楚富.生物化學(xué)原理.高等教育出版社.

作者簡(jiǎn)介：孫日鑫（1994-），女，山東費(fèi)縣人，沈陽(yáng)師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)。