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有机电合成反应的研究与应用在有机化学领域中，有机电合成反应是一种研究及应用广泛的重要方法。
通过电化学方法，有机物可以在电极上进行氧化或还原，从而实现有机化学反应，进一步扩展了有机合成的范围。
本文将探讨有机电合成反应的研究进展和应用领域。
一、有机电合成反应的原理和机制有机电合成反应是利用电化学方法促进有机物的氧化还原反应。
该方法通过在电极上施加电压，形成一个氧化还原的电位差，从而引发有机物的化学反应。
常用的电化学方法包括电解法、电催化法和电化学发光等。
电解法是最基础的一种电化学方法，它利用电流通过溶液中的有机物，使其在电极上发生氧化或还原反应。
电催化法则是通过在电极表面引入催化剂，使有机物在催化剂的作用下发生氧化还原反应。
电化学发光则是利用电化学方法产生的化学反应生成激发态物质，再通过激发态物质的衰变发出光。
二、有机电合成反应的研究进展有机电合成反应在过去几十年中得到了广泛的研究和发展。
研究者们致力于开发新的电化学方法和电化学催化剂，以提高有机电合成反应的效率和选择性。
以下是一些研究领域的进展：1. 有机合成反应的电催化剂电催化剂在有机电合成反应中发挥着重要的作用。
传统的电催化剂包括金，铂，银等贵金属。
然而，近年来，一些有机化合物也被发现具有良好的电催化性能，如有机合金，有机金属配合物等。
这些有机电催化剂不仅具有较低的成本，还可以实现高效反应和可控选择性。
2. 有机电合成反应的机制研究为了深入理解有机电合成反应的机理，科学家们进行了大量的研究。
利用电化学方法和理论计算手段，他们揭示了有机电合成反应的中间体和过渡态，并提供了对反应路径的详细描述。
这为有机电合成反应的优化和设计提供了重要的理论指导。
3. 有机电合成反应的新方法和新策略随着研究的深入，越来越多的新方法和新策略被应用于有机电合成反应中，以提高反应的效率和选择性。
其中包括光电化学方法，电合成催化剂的设计和合成，以及控制电位的精确控制等。
三、有机电合成反应的应用有机电合成反应在有机合成领域具有广泛的应用前景。
电化学合成技术在有机合成中的应用电化学合成技术是一种利用电流驱动的化学反应方法，利用电解电池或电解槽中的电解质溶液，在电极的作用下，通过氧化还原反应实现分子间或分子内的化学键的形成或断裂。
电化学合成技术具有高选择性、高效率、环境友好等优点，因此在有机合成领域得到了广泛应用。
一、电化学合成技术在有机合成中的应用案例1. 电化学合成与底物活化电化学合成技术可以通过电极表面形成活性中间体，促进底物的活化。
例如，在有机合成中，酮类底物的还原反应常需要催化剂，而电化学还原能够直接在电极表面产生还原活性物种，实现对酮类底物的高效还原，避免了催化剂的使用。
2. 电化学合成与选择性控制电化学合成技术具有可控性强的特点，能够实现对反应的选择性控制。
在有机合成中，如果底物具有多个官能团，且需要选择性地对其中一个官能团进行反应，可以利用电化学方法，通过调节电极电位、控制反应条件等手段，使反应发生在目标官能团上，从而实现对不同官能团的选择性反应。
3. 电化学合成与金属催化电化学合成技术与金属催化反应相结合，可以实现高效、绿色的有机合成反应。
例如，利用电化学氧化反应可以实现芳香化合物的氧化，而通常需要高温、高压条件下才能实现芳香化合物的氧化反应。
此外，电化学还可以将金属催化的有机合成反应与电化学合成技术相结合，提高反应效率和产物选择性。
二、电化学合成技术的优势与挑战1. 优势电化学合成技术在有机合成中具有以下几个优势：（1）选择性高：通过调节电极电位等条件，可以实现对反应的高度选择性控制；（2）反应条件温和：很多电化学反应在室温下就能够进行，避免了高温、高压的反应条件；（3）环境友好：电化学反应往往不需要额外添加催化剂或溶剂，减少了对环境的污染；（4）高效率：在电化学反应中，反应物与电极直接接触，减少了传质限制，提高了反应效率。
2. 挑战电化学合成技术在有机合成中也面临一些挑战：（1）电极材料选择：电化学反应需要选择合适的电极材料，保证电极的稳定性和导电性能，同时需要满足反应条件的要求；（2）反应规模化：目前，大部分电化学反应都是在实验室规模下进行的，如何将电化学合成技术应用于工业生产，还需要进一步开发和优化反应体系；（3）催化剂的设计：尽管电化学方法可以减少对催化剂的需求，但某些反应仍然需要催化剂的参与。
电化学有机合成反应的研究与发展电化学有机合成反应是一种通过电流作为驱动力来实现有机化合物的合成的方法。
它是一种绿色、高效的合成方式，因为它不依赖于传统的高温、高压条件，同时还可以减少使用有害的溶剂和催化剂。
近年来，电化学有机合成反应得到了广泛的研究和发展，有望成为有机合成的新方向。
首先，电化学合成反应在底物范围上具有广泛的适应性。
传统有机合成反应往往局限在特定的底物或官能团上，而电化学反应可以克服这个限制。
通过调节电位和电流密度，可以激发原本惰性的有机官能团发生反应，从而实现复杂有机分子的合成。
比如，通过电化学反应可以实现对芳香烃的氧化反应，从而得到对应的酮或醛化合物。
这种广泛适应性使得电化学有机合成反应成为了有机化学领域的热门课题。
其次，电化学有机合成反应具有高度的可控性。
通过调节电位和电流密度，可以精确控制反应的进程和产物的选择。
这种可控性在传统有机合成反应中往往很难实现。
通过精确控制电事件和反应条件，可以实现复杂有机分子的合成和结构的调控。
这种可控性使得电化学反应在药物合成和功能材料合成中具有巨大的潜力。
另外，电化学有机合成反应还具有环境友好的特点。
传统有机合成反应往往需要使用大量的有机溶剂和催化剂，并且会产生大量的废液和废气。
而电化学反应通常使用无机溶液和电解质作为媒介，不需要添加有机溶剂，从而大大减少了环境污染。
同时，电化学反应还可以实现废液的回收和再利用，进一步减少了废料的产生。
然而，电化学有机合成反应仍然面临一些挑战。
首先是反应的效率和选择性问题。
有些电化学反应的效率较低，产物选择性不高，难以应用到实际的有机合成中。
此外，电化学反应还需要高纯度的溶剂和电解质，其成本较高，限制了其大规模应用。
因此，如何提高电化学反应的效率和选择性，降低成本是当前研究的重要课题。
为了克服这些挑战，研究者们正在不断探索新的电化学系统和电化学反应。
例如，一些研究者正在探索新型的电极材料，以提高电化学反应的效率和选择性。
有机电化学的原理和应用1. 原理简介有机电化学是研究有机化合物在电解质溶液中的电化学性质和反应机制的学科。
在有机电化学中，通过在特定条件下施加电场来调控有机分子的电子转移过程，从而实现对有机化合物的合成、转化和催化等应用。
有机电化学是有机化学和电化学的交叉学科，其核心原理涉及到电子转移、电解质溶液的离子传导性以及有机分子与电极的相互作用等方面。
2. 应用领域2.1 有机合成有机电化学在有机合成中具有重要的应用价值。
通过在电解质溶液中施加电场，可以实现直接合成有机化合物的方法，避免传统有机合成中繁琐的步骤和低产率的问题。
有机电化学还可以实现新的反应路径和选择性，从而提高合成效率和产物纯度。
2.2 能源转换与储存有机电化学在能源领域中的应用也备受关注。
通过在电解质溶液中进行有机分子的电化学反应，可以实现能量的转换和储存。
例如，通过有机太阳能电池可以将太阳能转化为电能，而通过有机储能电池可以将电能储存起来。
这些技术具有环保、高效和可重复使用等优点。
2.3 传感器有机电化学还可以应用于传感器技术中。
通过将适当的有机分子修饰到电极上，可以实现对特定分子或离子的高选择性检测。
因此，有机电化学传感器在环境监测、生物医学和食品安全等领域具有广泛的应用前景。
2.4 催化剂有机电化学在催化剂设计中也发挥着重要的作用。
通过在电解质溶液中调控有机分子的电子转移过程，可以实现新的催化反应路径和提高反应效率。
有机电化学催化剂一方面可以替代昂贵和有毒的金属催化剂，另一方面也可以实现对有机分子的特异催化。
3. 有机电化学的基本原理3.1 电子转移与电解质溶液在有机电化学中，电子转移是基础原理之一。
在电解质溶液中，有机化合物可以接受或者捐赠电子，从而发生氧化还原反应。
具体的反应步骤和反应机制取决于有机分子的结构和反应条件。
3.2 电极上的有机分子有机分子与电极的相互作用也是有机电化学的重要原理之一。
有机分子可以在电极表面进行吸附或者脱附，这对有机分子的电子转移过程和反应速率有重要影响。
电解法在材料合成和制备中的应用电解法是一种通过电解过程来合成和制备材料的方法。
它广泛应用于化学、材料科学和工程等领域，并在实验室和工业生产中得到了广泛应用和发展。
本文将探讨电解法在材料合成和制备中的应用。
首先，电解法在金属材料的制备中起着重要作用。
对于一些金属材料的制备，电解法可以提供高纯度金属。
例如，电解法常用于铜、锡、铅等金属的提纯。
在电解过程中，经过精确的电极设计和电解液组成，可以实现有效地分离杂质离子，得到高纯度金属。
此外，电解法还可以用于制备银、金、铜等贵金属的纳米颗粒。
通过控制电解液中金属离子的浓度和电解条件，可以调节纳米颗粒的大小和形状。
这在纳米技术和催化剂研究中具有重要的应用价值。
其次，电解法在无机化合物的合成中也发挥着重要的作用。
通过电解法，可以快速合成各种无机化合物，如氧化物、硫化物、氮化物等。
在电解过程中，通过电极的极性和电解液的成分，可以调节反应的方向和速率。
例如，通过阳极氧化法可以得到高表面积的氧化物薄膜，用于传感器、电池等领域。
电解法还可以用于合成二氧化钛纳米管阵列。
在电解液中，钛片作为阳极进行阳极氧化，可通过调节电解条件来控制纳米管的直径和长度。
这些纳米管具有高比表面积和光催化性能，在太阳能电池、光催化分解水等方面有广泛的应用。
此外，电解法还用于有机材料的制备。
通过电解法，可以在电解液中合成有机化合物，并实现定向组装和自组装。
例如，电解合成聚合物的方法被广泛用于聚合物薄膜和纳米颗粒的制备。
在电解过程中，电极和电解液中的单体可以在合适的电位下进行聚合反应。
这种方法具有反应条件温和、反应过程可控的优点，可以合成高分子量聚合物。
除了聚合物的制备，电解法还可以用于合成有机晶体、药物等有机材料。
综上所述，电解法在材料合成和制备中具有广泛的应用。
通过控制电解条件和电解液的组成，可以实现对材料性质的调控。
电解法在金属材料的提纯、纳米粒子的制备、无机化合物的合成以及有机材料的制备方面都有重要的应用价值。
电合成技术在有机合成中的应用实例随着科技的不断发展，电合成技术作为一种新的有机合成方法，在化学领域得到了广泛的关注和应用。
它通过利用电能来驱动反应，具有高效、环境友好和可控性强等优势，为有机合成提供了全新的途径。
本文将通过几个实例，探讨电合成技术在有机合成中的应用。
实例一：电合成法制备有机合成原料在有机合成中，选择合适的原料是保证反应成功的关键之一。
传统的合成方法往往需要大量的能源、化学试剂和废弃物处理，而电合成技术则可以利用可再生能源来驱动合成反应，大大减少了对环境的污染。
例如，研究人员利用电合成技术，从可再生能源中得到的氢气和二氧化碳，合成了甲醇、氨基酸等有机合成原料。
这种方法不仅具有高效、环保的特点，还能有效地回收利用二氧化碳，对缓解全球气候变化问题有着积极的意义。
实例二：电合成法合成有机小分子药物在药物合成中，对反应的选择性和产率是至关重要的。
传统的有机合成方法在选择性和产率方面存在一定的局限性，而电合成技术则能够实现高选择性的合成。
例如，研究人员利用电合成技术成功合成了一种抗癌药物。
通过在电解质中向阳极施加电流，将氢气转化为高活性的电子，然后与氨基酸衍生物进行反应，实现高选择性的化学键形成。
这种方法不仅大大提高了合成效率，还能够有效地控制药物合成中的立体选择性，为有机化学领域的研究和应用提供了新的思路。
实例三：电合成法利用电解质合成金属有机框架金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一类由金属离子和有机配体构成的晶体材料，具有大孔径、高比表面积和可调控的结构特点，被广泛应用于气体存储、分离和催化等领域。
传统的合成方法中，常常需要高温条件和有机溶剂，且合成过程较为复杂。
而电合成技术则能够通过在电解质中施加电流，实现金属离子和有机配体的合成，大大简化了合成过程。
例如，研究人员利用电合成技术成功合成了一种新型的MOFs材料，该材料具有较大的气体吸附容量和较高的稳定性，为气体存储和分离技术的发展带来了新的机遇。
有机电解合成发展及应用摘要：本文回顾了有机电解合成工业的发展历程，综述了我国有机电解合成工业的现状，阐述了有机电解合成的研究领域和基本工艺。
以一些实例介绍了有机电解合成技术的优点、工业应用中存在的问题和解决措施。
讨论了有机电解合成工业的前景。
关键词：有机电解合成发展研究领域前景1.有机电解合成发展概述1.1有机电解合成在世界范围内的发展过程有机电解合成是一门涉及电化学、有机化学及化学工程的交叉学科，被称为“古老的方法，崭新的技术”。
电化学反应用于有机合成已有100多年的历史。
虽然有机电解合成的研究早在19 世纪初就已经开始, 但是限于理论和工艺复杂性及有机催化合成迅速发展带来的竞争, 有机电解合成在很长一段时间进展缓慢, 只是作为有机化学家们在实验室中制备有机化合物的一种常用方法, 并未在工业化上迈出步伐。
19 世纪初期, 雷诺尔德(Rheino ld) 和欧曼(Erman) 发现电是一种强有力的氧化剂和还原剂, 那时他们就已经用醇稀溶液进行过电解反应的研究。
1934 年, 法拉第首先使用电化学法进行了有机物的合成和降解反应研究, 发现在醋酸盐水溶液中电解时, 阴极上会析出CO2, 并生成烃类化合物。
后来, 柯尔贝(Ko lbe) 在法拉第工作的基础上, 创立了有机解合成(又称有机电化学合成、有机电合成) 的基本理论。
进入60 年代以来，微电子学的发展以及光学技术和量子力学理论的引入，给古老的电化学注入了新的活力，有机电解合成工业取得了本世纪的最重大的突破。
1961 年美国化学家贝泽（M.Baizer）研究成功电解丙烯睛制己二睛的方法：2CH2 = CHCN + 2H2O + 2e—→NC（CH2）4CN + 2OH—由于己二睛是制造尼龙-66 的中间体，因而这一反应倍受重视。
1965 年美国的Monsanto Co建成了1.2 万t/ a 规模的己二睛电合成工厂，此法目前年产量已超过20 万t/ a 。
与此同时，美国的NalcoChemical Co实现了用Grignard试剂与铅阳极反应制备了四乙基铅：4C2H6MgCl + Pb →Pb （C2H6） 4 + 4MgCl + + 4e—从而实现了四乙基铅大规模的工业化生产。
这两个有机电解合成工业的巨大成功具有跨时代的意义，标志着有机电化学以其崭新姿态和无法估量的潜力登上新学科的地位。
从此，有机电化学的研究如雨后春笋，蓬勃兴旺，开始了自己全新的发展时期。
由于有机电解合成具有污染少(甚至无污染)、产物收率和纯度高、工艺流程较短、反应条件温和等优点, 近20年来, 世界工业先进国家有机电解合成的发展非常迅速, 目前已有上百种有机化工产品通过电化学合成实现了工业化生产或者进入了中试阶段。
近年来每年发表的有关有机电化学合成方面的研究论文几百篇, 有关的专利发明每年平均有50～70 项之多，这些数字表明有机电解合成工业已引起人们的足够重视, 并在高科技领域内崭露头角。
1.2我国有机电解合成技术开发和应用现状我国的电化学有机合成在有机化工和石油化工中的应用起步较晚，但是随着科学技术的世界性交流和发展，以及石油化工向深加工方向的发展，电化学有机合成的应用范围将越来越大。
50年代我国就开始采用氧化剂与有机物反应，然后电解再生氧化剂的间接电解合成工艺，并用于生产硝酸，糖精和维生素K等许多产品。
但有机物在电极上直接反应的直接电解合成工艺，直到近年才在我国兴起，具有代表性的工业化实例有：河北宣化化工厂电解还原草酸生产乙醛酸，上海天原化工厂电解还原偶合丙烯腈生产乙二腈，杭州第一制药厂电解氧化呋喃生产2，5-二甲氧基二氢呋喃等等。
目前我国已有许多长期从事有机电解合成技术开发的单位，取得了一些成果。
1.3 有机电解合成应用领域有机电解合成的涉及面及应用领域很广，并且还在开拓越来越广的新领域。
有机电解合成在有机合成中的应用产生了现代有机电解合成工业。
目前有据可查的已有近百种有机电解合成产品实现了工业化、商品化，有机电解合成在有机合成中的地位已经得到了确认。
为适应这个资源与能源有限、环境要求高的时代，人们对作为生产高附加值的精细化学品中间体的“清洁”制造技术寄以很大的希望。
从工业的角度看，有机电解合成在合成精细化学品方面与传统有机合成法相比，具有以下优缺点：（1）优点：本质上是一种无公害的过程；能合成一些有机化学反应不能实现的一些反应；通常是在常温常压下进行的反应；原来多步合成有可能大幅度地缩减步骤；在很多场合反应具有选择性和特异性；能容易地从外部控制反应路径或阶段；根据原料和生成物的氧化还原电位的测定，可以定量地评价相对的反应性能。
（2）缺点：必须有别的装置和设备；规模效应小；电合成产物往往难以分离；电能的成本是产品的重要因素；反应的支配因素多。
2.有机电解合成分类及研究内容2.1 有机电解合成的分类有机电合成分类方法比较复杂, 通常有两种分类方法:(1) 按电极表面发生的有机反应类别, 可将有机电合成反应分为两大类: 阳极氧化过程和阴极还原过程。
阳极氧化过程包括电化学环氧化反应、电化学卤化反应、苯环及苯环上侧链基团的阳极氧化反应、杂环化合物的阳极氧化反应、含氮硫化物的阳极氧化反应等。
阴极还原过程包括阴极二聚和交联反应、有机卤化物的电还原、羰基化合物的电还原反应、硝基化合物的电还原反应、腈基化合物的电还原反应等。
(2) 按合成方法分类, 可将有机电合成分为两大类: 直接有机电合成反应和间接有机电合成反应。
直接有机电合成反应直接在电极表面完成, 间接有机电合成氧化(或还原) 反应采用传统化学方法进行, 但氧化剂(或还原剂) 反应后以电化学方法再生以后循环使用。
间接电合成法可按两种方式操作: 槽内式和槽外式。
槽内式间接电合成是在同一装置中进行化学合成反应和电解反应, 因此这一装置既是反应器也是电解槽。
槽外式间接电合成法是在电解槽中进行媒质的电解, 电解好的媒质从电解槽转移到反应器中, 在此处进行有机物化学合成反应。
2.2 有机电合成研究内容（1）电极过程动力学电极过程动力学包括扩散动力学和电化学步骤动力学。
扩散动力学和非均相化学反应中的扩散动力学没有明显区别, 包括对流、扩散、电迁移等现象。
而电化学步骤动力学真正体现了电极过程核心内容, 它包括了化学反应和电子传递过程。
研究电极过程, 首先要研究整个有机电极反应的基本历程, 并弄清各步骤的动力学特征和机理, 这是研究有机电合成问题的关键。
为了达到这一目的, 往往需要弄清下列三个方面的情况: (1) 弄清整个电极反应的历程, 即所研究的电极反应包括哪些步骤以及它们的组合顺序; (2) 在组成电极反应的各步骤中, 找出决定整个电极反应速度的控制步骤;(3) 测定控制步骤的动力学参数(此即整个电极反应的动力学参数) 及其它步骤的热力学参数。
（2）电极材料电极既是电化学过程的催化剂, 又是电极反应进行的场所, 电极材料的性质对整个电解合成反应途径和选择性都有很大的影响, 因此有关电极材料的研究成为近些年来有机电合成研究的热点。
电极材料的选择可以根据以下原则考虑: ①导电性; ②对过电位、耐腐蚀性、机械加工性能等方面的要求; ③对电极的形状和结构的要求; ④对电极表面的性质的要求。
常用的阴极材料有: 汞、铅、锡、铜、铁、铝、铂、镍和碳等。
由于阳极材料在阳极反应中的腐蚀问题, 合适的阳极材料是非常少的。
实验室中常用的有铂、金和碳。
在稀硫酸介质中,一般采用铅或铅银合金电极。
用钛基或陶瓷基二氧化铅涂层电极可解决阳极的腐蚀问题, 但涂层与基体的结合力较差, 涂层易剥落造成电极失活, 若在涂层与基体之间加上锡锑等中间层, 可以改善涂层与基体的结合力。
目前二氧化铅电极的制备方向是将基体制备成多孔电极, 把二氧化铅以微粒的形式镶嵌在电极表面。
这种电极不但涂层与基体的结合力好、寿命长,而且电极比表面积大, 产率高。
氯碱工业中使用的钌钛电极寿命可达2～8 年, 电流密度约为2000Aöm 2, 但由于有机电解合成中许多反应均在硫酸溶液中进行, 因此现有的钌钛电极显然不适合, 故阳极材料仍是有机电解合成工业中一个亟待解决的关键问题。
（3）离子交换膜为了防止阴极或阳极产物进一步在阳极氧化或在阴极还原, 需要用离子交换膜将阴、阳两室分开。
离子交换膜的典型材质是全氟磺酸酯及全氟磺酸酯羧酸酯, 以交链的接枝膜最为适宜。
可以说, 离子交换膜是有机电解合成工业中的又一技术关键问题。
国内有机所、有机氟材料研究所、上海原子核研究所和华东理工大学等都在阳离子交换膜的工业化上做了大量工作, 但还需要在降低成本、延长寿命、提高离子选择性透过率等方面做一些工作, 以提高有机电合成相对于化学合成的竞争能力。
（4）电化学反应器电化学反应器可分为平板电极反应器、旋转圆柱电极反应器、固定床电极反应器和流化床电极反应器。
前两种为二维电极反应器, 后两种为三维电极反应器。
每一种反应器又可以有不同的反应器结构形式。
固定床电极反应器内电势、电流密度(反应速率) 及流体分布是三维电化学反应器内的特有现象, 电势及电流分布与电极的几何形状、几何尺寸、床层空隙率、电解液的电导率、流体力学性质、极化类型、极化程度和操作条件等因素有关。
床层内的电势与电流分布对反应器的空速、反应选择性、单程转化率、电流效率等都有影响。
近年来, 随着四乙基铅、硝基苯电解还原制备对氨基苯酚和苯氧化制备对苯醌等一系列过程在固定床反应器中实现工业化, 固定床电极反应器成了有机电合成工业中的首选反应器, 对固定床电极反应器的基础理论也有了较深入的研究, 并有较详尽的分析报道。
3.有机电解合成工艺技术3.1 有机电合成反应装置电解反应装置主要包括电解槽、隔膜、溶剂、支持电解质。
电解槽有各种形式，按外型分可分为容器型和非容器型，如图1、图2所示。
容器型适合于间歇操作，非容器型制造复杂，安装要求高，其优点是通过电解液循环可处于良好的搅拌状态，适宜于连续化操作。
在电解槽中电极配置方式也很重要。
为了提高空间反应速度，在平板电极的基础上开发了多孔电极、粒状电极、流化床电极等，由二维空间向三维空间转化，总之，应尽可能使电极电流分布均匀，有尽可能高的电流密度及良好的搅拌状态。
隔膜的作用是将电解槽分隔成阳极室和阴极室，它必须能使电解质的离子或水的和一离子自由通过以传递电流，还要求对溶剂的非渗透性好、稳定性好、电阻低。
现主要采用离子交换膜。
溶剂的选择，至少要求它能浪解一部分有机反应物，且能够溶解电解质并解离成独立离子以便能在电场中移动并具有足够的导电性，还要求是电化学惰性的，除溶剂水外，常用的有机溶剂是乙睛、甲醇、二甲基甲酞胺等。
电解质的基本作用是传导电流，若电解质完全不参与反应就叫做支持电解质，因为电极材料对物质的氧化或还原电位有显著的影响。
