1、MATLAB在电解系统解析中的应用：GATES方法深度剖析

MATLAB在电解系统解析中的应用：GATES方法深度剖析

1. 引言

MATLAB作为一款强大的数学编程工具，在数值计算和模拟领域应用广泛。在电解系统的研究中，广义电解系统方法（GATES）结合MATLAB，为解决平衡、亚稳和非平衡电解系统问题提供了有效途径。GATES能够对各种复杂的电解系统进行热力学描述，无需进行简化假设，可将所有可获取的物理化学知识融入计算。广义电子平衡（GEB）概念的提出，完善了氧化还原系统的代数平衡体系，使GATES能够处理任何复杂程度的氧化还原系统。

2. GEB概念

为了对特定的氧化还原系统进行GEB的表述，有两种等效的方法。第一种方法基于“公共电子池”原理，氧化还原平衡中涉及的电子活性元素的不同物种贡献电子，歧化反应可看作电子在相关物种间的分散，元素间的电子转移类似“纸牌游戏”。第二种方法通过氢（H）和氧（O）的元素平衡并列得出。对于氧化还原系统，由此得到的平衡与电荷和浓度平衡相互独立；而对于非氧化还原系统，它是电荷和浓度平衡的线性组合。在第二种方法中，无需计算特定物种中元素的氧化态，这对于包含复杂有机化合物、离子和/或自由基的系统尤为有利。并且，第二种方法得到的平衡可以转化为第一种方法的形式。

3. 电解系统的一般特性

从热力学或动力学角度可以对电解系统进行考量。热力学方法适用于平衡或亚稳系统。在平衡系统中，所有反应路径都是可及的；而在亚稳系统中，至少有一条从平衡角度看似可及的反应路径因活化能垒无法跨越而无法进行。例如，在水溶液电解系统中，氢气（H₂）或氧气（O₂）等难溶性气体可能因形成气泡需要较大体积功而无法形成。此外，金属表面形成的氢氧化物/氧化物层会阻止金属进一步溶解和氢气生成。电解系统可分