有机电化学

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第288页（3153字）

有机化学与电学之间的边缘学科。

有机物比无机物多得多，现已超过500万种，因此研究和发展有机电化学在某种意义上讲更为重要。有机电化学在：用于有机合成(即有机电解合成)、有机高分子材料的合成、能量变换、显示元件、敏感元件等、物质变换、改质等、改造环境、仿生合成等领域，展示了广阔的前景。

有机电化学的历史可追溯到1803年别切罗夫(Petrov)进行醇和油脂类的电解实验。

1834年法拉第(Faraday)电解醋酸水溶液生成了烃。后来柯尔贝(Koibe)进一步将该反应完善成为柯尔贝反应。由于有机化合物比较复杂，又受研究手段和应用等限制，有机电化学发展一直比较缓慢。

直到60年代中期，美国丙烯腈电解还原二聚合成己二腈和电解氧化制取四乙基铅获得成功，并实现了大规模工业化，促使世界各国竞相研究发展有机电化学，国际学术交流活动也活跃起来。近些年来，中国开始从事有机电化学的研究，成立了全国有机电化学学组，并出版《有机电化学和工业》杂志，学术讨论会上也有大量的有机电化学方面的论文发表。

20世纪70年代以来，世界有机电化学学者对各类有机化合物进行了电化学研究，并且出版了很多着作，对有机电化学的基本原理和研究方法都作了很好的总结。有机电化学的基本反应是阳极氧化反应和阴极的还原反应，但与无机电化学相比，有机电化学更为复杂。

有机电化学反应不仅是基质与电极之间进行电子转移，往往在此前后还发生复杂的反应。电化学反应也不决定于电极电位，还决定于电极材料、溶剂、支持电解质、温度、微量添加物等反应条件。

人们曾对在有机电化学中以无机电化学的概念对改变电极电位得到反应的选择性抱有极大的希望，积极地研究过一段时期，但没有得到预期的效果。有机电化学的复杂性限制了对其反应机理充分阐明。

由于有机电化学具有重要的应用价值，又基于现代技术能对复杂的反应生成物进行详细分析及各种反应条件对生成物组成影响的研究，对反应进行控制，因此，近年来对有机电化学的研究再次热情高涨。

人们希望不断地发现新的有机电化学反应，并把注意力集中到反应中的活性中间体，因为它不但能说明或理解反应机理，而且对改进和开发反应都十分重要。

有机电化学的发展与以下实际应用密切相连：

1．有机电解合成。有机电化学在有机合成中的应用产生了现代有机电解合成工业。

2．有机高分子材料的电解合成。传统高分子合成法是化学合成法。

但自从1979年IBM的研究组完成聚吡咯和聚苯胺的电解合成工作后，特别是进入80年代，对导电性高分子电解合成的研究逐渐盛行。现在，把电解合成的导电性高分子材料作为新的功能性材料的有关研究已引起各方面的重视，并在先进工业国掀起了高潮。我国也做了不少工作，其中导电性高分子LB膜的电解合成倍受关注。LB膜是一种分子膜，由于LB累积膜的电解聚合及其力学强度大幅度提高，可以从基板上剥下，其直流电导率在膜面平行方向为10^－1s·cm^－1，垂直方向为10^－11s·cm^－1，相差极大，显示出各向异性。

这表明可以从结构上控制物质的性质，从分子一级来设计材料的性能，这在新材料、生物工程和电子技术等方面将会具有重要的意义。

3．能量变换。在现代工业和生活中，电能占有重要的位置往往要设法把其它能量变换成电能。目前，电池需求量不断增加。

尤其是航天、电子等工业的发展对电池还提出了轻量化、微型化、高能化的要求。有机电化学的发展使电池工业突破了传统的范围，出现了有机电解质高能电池、有机电池、有机物燃料电池、塑料电池。由电解合成的导电性聚合物作为电池活性材料的电池现已成为各国研究的热点。另外，把有机物作为燃料电池的燃料，及有机物在燃料电池中进行有机电化学反应，既产生电能又合成有用的有机物，这一研究引起了化学－化工界的极大兴趣，另一方面此课题将会成为研究的热点。

4．显示元件、敏感元件。

近年来对电解聚合的导电聚合物具有可以做成显示元件和敏感元件的特殊功能的发现，引起了人们的极大兴趣并展开了活跃的研究。显示元件称电显示元件(ECD)。它们在通电的情况下发生颜色的变化，选择适当结构的导电性聚合物就可以显示各种颜色。

它们的反应速度快(10～20ms)，寿命很长(可重复10⁶次)敏感元件，如电解聚合的聚吡咯膜气体敏感元件，对二氧化氮、氨、硫化氢等毒性气体有明显的反应，并可在常温下工作。

5．物质变换。生物物质、天然物质可以通过有机电化学方法使它们变换成很多有用的产品。例如把淀粉变换成二醛淀粉，把葡萄糖变换成葡萄糖酸钙等。

6．改造环境。利用有机电化学原理对污染环境的化合物进行电化学反应，使其成为有用的化合物也已引起重视。

例如二氧化碳浓度的增加可造成温室效应，如把二氧化碳作为原料通过有机电化学反应可以合成甲烷、乙烯、乙醇、草酸等有用物质，如由太阳能电池供电进行二氧化碳的电解固定合成有用的有机物则被称为人工光合成。另外，氟氯类有机物现在被广泛的应用在致冷剂、清洗剂和发泡剂的生产中，但它们是恶化地球环境的物质。

如果把它们回收后用有机电化学的方法处理，可以得到无害且有用的物质。

7．仿生合成。

有机电化学仿生合成的研究也正在兴起，并力图在实践上得到应用。用来探索新的医药品已取得了进展，在缓和的条件下用电极反应合成生物肝脏代谢物。

有了良好的收效。

到目前为止，有机电化学还远不是一门成熟的学科，还待继续研究开发。就是目前所涉及的这些领域也都有大量的课题需要研究和开拓。

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【参考文献】：

1 陈敏元，化学通报，1982，12∶638，C．A．99∶29787u(1983)

2 野中勉．近代有机电化学的动向和未来(1)．陈敏元译．云南工学院，1985

3 鸟居滋．近代有机电化学的动向和未来(3)．陈敏元译．云南工学院，1985

4 陈敏元，等编着．有机电化学及其应用．邯郸市化工自动化应用技术研究所，1989

5 Baizer M M．Organic Electrochemistry．New York：Mareel Dekker，1990

6 庄野逹哉．化学と工业，1990，12∶1969

7 堀义夫．化学と工业，1990，12∶2016

8 田川管彦．化学と工业，1991，9∶1546

9 长哲郎．电化学，1993，1∶10

10 陈敏元．化学通报，1993，1∶34，C．A．118；243239u(1993)

(云南工业大学陈敏元副教授撰)