本書由電催化基礎(chǔ)和重要電催化過程兩部分組成。內(nèi)容包括從納米結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)出發(fā)認(rèn)識電催化過程和催化劑材料的性質(zhì)，到電催化劑的理論設(shè)計、理論模擬和制備；從氫、氧及有機(jī)分子電催化基礎(chǔ)，到燃料電池、太陽能電池、生物電化學(xué)乃至工業(yè)電化學(xué)過程等電催化應(yīng)用。本書在內(nèi)容的選擇上，既注重基礎(chǔ)知識和研究方法的介紹，同時又緊緊圍繞前沿方向。
本書既適合選擇電催化、電化學(xué)、催化化學(xué)、表面科學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科作為研究方向的研究生，也適合從事電催化及相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究和技術(shù)研發(fā)的科技工作者參考。
第1章 電催化基礎(chǔ)與應(yīng)用研究進(jìn)展
1.1電化學(xué)的發(fā)展歷史
1.2電催化反應(yīng)的基本規(guī)律和兩類電催化反應(yīng)及其共同特點
1.3研究電極過程的經(jīng)典電化學(xué)方法、表面分析技術(shù)和電化學(xué)原位譜學(xué)方法
1.3.1經(jīng)典電化學(xué)研究方法
1.3.2非傳統(tǒng)電化學(xué)研究方法及其進(jìn)展
1.4電催化劑的電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)和表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)
1.4.1電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)對電催化反應(yīng)速度的影響
1.4.2表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)對電催化反應(yīng)速度的影響
1.5一些實際電催化體系的分析和討論
1.5.1納米粒子的組成及其對電催化性能的影響
1.5.2催化劑載體對電催化性能的影響
1.5.3納米粒子的表面結(jié)構(gòu)對其電催化性能的影響
1.5.4納米尺度電催化劑活性的比較與關(guān)聯(lián)
1.6總結(jié)與展望 第1章 電催化基礎(chǔ)與應(yīng)用研究進(jìn)展
1.1電化學(xué)的發(fā)展歷史
1.2電催化反應(yīng)的基本規(guī)律和兩類電催化反應(yīng)及其共同特點
1.3研究電極過程的經(jīng)典電化學(xué)方法、表面分析技術(shù)和電化學(xué)原位譜學(xué)方法
1.3.1經(jīng)典電化學(xué)研究方法
1.3.2非傳統(tǒng)電化學(xué)研究方法及其進(jìn)展
1.4電催化劑的電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)和表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)
1.4.1電子結(jié)構(gòu)效應(yīng)對電催化反應(yīng)速度的影響
1.4.2表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)對電催化反應(yīng)速度的影響
1.5一些實際電催化體系的分析和討論
1.5.1納米粒子的組成及其對電催化性能的影響
1.5.2催化劑載體對電催化性能的影響
1.5.3納米粒子的表面結(jié)構(gòu)對其電催化性能的影響
1.5.4納米尺度電催化劑活性的比較與關(guān)聯(lián)
1.6總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
第2章 電催化表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)與金屬納米粒子催化劑表面結(jié)構(gòu)控制合成
2.1電催化表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)
2.1.1金屬單晶面及其表面原子排列結(jié)構(gòu)
2.1.2晶面結(jié)構(gòu)效應(yīng)
2.2金屬納米粒子的表面結(jié)構(gòu)控制合成及其電催化
2.2.1納米粒子形狀與晶面的關(guān)系
2.2.2晶體生長規(guī)律
2.2.3低表面能金屬納米粒子的控制合成及其催化性能研究
2.2.4高表面能金屬納米粒子的控制合成及其電催化
2.3總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
第3章 電催化中的電子效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)
3.1金屬表面吸附作用的物理化學(xué)基礎(chǔ)
3.1.1金屬的電子能帶結(jié)構(gòu)
3.1.2吸附質(zhì)與金屬表面的相互作用
3.1.3吸附作用的密度泛函理論計算
3.2催化作用中的電子效應(yīng)與協(xié)同效應(yīng)
3.2.1吸附作用的電子特征描述
3.2.2金屬表面反應(yīng)性及其電子效應(yīng)調(diào)控
3.2.3催化作用中的協(xié)同效應(yīng)
3.3研究實例
3.3.1氧還原反應(yīng)Pt合金催化劑的電子效應(yīng)
3.3.2甲酸氧化反應(yīng)Pd合金催化劑的表面反應(yīng)性調(diào)控
3.3.3氫氧化反應(yīng)Ni催化劑d帶反應(yīng)性的選擇性抑制
3.3.4利用幾何效應(yīng)調(diào)控Pt催化甲醇氧化的反應(yīng)選擇性
3.3.5Pt.Ru電催化協(xié)同效應(yīng)的直接觀測
3.3.6Pd.Au合金表面H吸附與CO吸附所需的最小Pd原子聚集體
參考文獻(xiàn)
第4章 電催化劑的設(shè)計與理論模擬
4.1電極/溶液界面電荷傳遞過程的量子效應(yīng)
4.1.1電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的基本類型
4.1.2電子轉(zhuǎn)移的基本原理
4.1.3Marcus的電子轉(zhuǎn)移理論
4.1.4電極/溶液界面電子的隧道效應(yīng)
4.2電極/溶液界面的量子化學(xué)模擬
4.2.1計算方法與模型
4.2.2催化劑的反應(yīng)活性和電子構(gòu)型的計算
4.2.3溶劑效應(yīng)
4.2.4電極電勢的模擬
4.3電極過程動力學(xué)模擬及其應(yīng)用
4.3.1氧氣電催化還原
4.3.2甲醇電催化氧化
4.3.3電催化非線性動力學(xué)過程模擬
4.4總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
第5章 燃料電池催化劑新材料
5.1質(zhì)子交換膜燃料電池及催化劑概述
5.2陽極催化劑
5.2.1氫.氧燃料電池陽極催化劑
5.2.2DMFC陽極催化劑
5.2.3DFAFC陽極催化劑
5.2.4DEFC陽極催化劑
5.3陰極催化劑
5.3.1陰極氧電還原機(jī)理
5.3.2鉑基催化劑
5.3.3非鉑基金屬催化劑
5.4催化劑制備方法
5.4.1浸漬.液相還原法
5.4.2膠體法
5.4.3微乳液法
5.4.4電化學(xué)法
5.4.5氣相還原法
5.4.6氣相沉積法
5.4.7高溫合金化法
5.4.8羰基簇合物法
5.4.9預(yù)沉淀法
5.4.10離子液體法
5.4.11噴霧熱解法
5.4.12固相反應(yīng)法
5.4.13多醇過程法
5.4.14微波法
5.4.15組合法
5.4.16離子交換法
5.4.17輻照法
5.5載體
5.5.1炭黑
5.5.2中孔碳
5.5.3CNTs
5.5.4碳凝膠
5.5.5空心碳
5.5.6碳卷
5.5.7碳纖維
5.5.8碳納米分子篩
5.5.9碳化鎢
5.5.10硬碳
5.5.11碳納米籠
5.5.12金剛石
5.5.13富勒烯
5.5.14石墨烯
參考文獻(xiàn)
第6章 氫電極電催化
6.1氫電極反應(yīng)及其電催化概述
6.2氫的電化學(xué)吸附
6.2.1氫的欠電勢吸附
6.2.2氫的過電勢吸附
6.2.3氫吸附的譜學(xué)技術(shù)研究
6.2.4氫吸附的理論計算研究
6.3氫電極反應(yīng)機(jī)理
6.4氫電極反應(yīng)動力學(xué)
6.4.1氫電極反應(yīng)交換電流密度的測量
6.4.2交換電流密度的火山關(guān)系圖
6.4.3溫度對氫電極反應(yīng)動力學(xué)的影響
6.5氫電催化的Pt表面結(jié)構(gòu)效應(yīng)
6.6氫電催化的鉑納米粒徑效應(yīng)
6.7總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
第7章 鉑基催化劑上的氧還原電催化
7.1概述
7.2Pt單質(zhì)金屬催化劑
7.2.1Pt單晶的晶面取向、陰離子吸附對氧還原性能的影響
7.2.2Pt納米催化劑的粒徑效應(yīng)
7.3鉑基二元模型電催化劑的氧還原行為
7.4Pt及其合金的氧還原活性趨勢的理論預(yù)期
7.5Pt基金屬納米催化劑
7.6ORR機(jī)理的研究進(jìn)展
7.7總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
第8章 幾種代氫燃料分子的直接電催化氧化
8.1硼氫化物的直接電催化氧化
8.1.1硼氫化物作為代氫陽極燃料的優(yōu)勢與問題
8.1.2不同金屬上硼氫化物電氧化的基本行為
8.1.3BH-4在金屬電極上的電氧化模型
8.1.4硼氫化物的直接電催化氧化小結(jié)
8.2氨的直接電催化氧化
8.2.1氨的直接電催化氧化概述
8.2.2氨在Pt及其合金上的電氧化行為
8.2.3氨在金屬鎳上的電氧化行為
8.3硼氮烷作為陽極燃料的電催化
8.3.1硼氮烷作為陽極燃料的電催化概述
8.3.2BH3NH3在Ag電極上的電氧化
8.3.3幾種典型催化劑上硼氮烷的直接電氧化
8.3.4總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
第9章 有機(jī)小分子電催化
9.1概述
9.2CO的電催化氧化
9.2.1CO在金屬表面的吸附
9.2.2CO在Pt表面電氧化
9.2.3納米Pt表面CO的電氧化：尺寸及晶面效應(yīng)
9.2.4Pt.Ru合金表面CO電氧化的“雙功能機(jī)理”
9.2.5d帶能級與表面偏析對電催化的影響
9.3甲醇的陽極氧化
9.3.1甲醇的電氧化機(jī)理
9.3.2甲醇電氧化催化劑的設(shè)計
9.4甲酸的電催化氧化
9.4.1Pt表面甲酸電氧化機(jī)理
9.4.2Pd表面甲酸電氧化
9.4.3甲酸電氧化催化劑的設(shè)計
9.5乙醇的電催化氧化
9.6堿性環(huán)境中C1小分子的電氧化
9.6.1堿性條件下CO電催化氧化
9.6.2堿性條件下甲醇的電催化氧化
9.7總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
第10章 酶電催化
10.1酶的基本結(jié)構(gòu)與功能
10.1.1酶的基本概念
10.1.2酶的活性中心
10.1.3酶的一級結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系
10.1.4酶的二級和三級結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系
10.1.5酶的四級結(jié)構(gòu)與催化功能的關(guān)系
10.2酶催化反應(yīng)的一般理論
10.2.1酶催化反應(yīng)理論
10.2.2酶催化反應(yīng)的動力學(xué)
10.2.3酶催化反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)的求取
10.3酶催化反應(yīng)的電化學(xué)
10.3.1酶催化反應(yīng)的電化學(xué)研究方法
10.3.2酶催化反應(yīng)的電流理論
10.3.3酶在電極表面的固定
10.4酶催化電化學(xué)研究的幾個重要例子
10.4.1葡萄糖氧化酶
10.4.2反丁烯二酸還原酶和丁二酸脫氫酶
10.4.3過氧化物酶
10.4.4鉬氧轉(zhuǎn)移酶
10.4.5細(xì)胞色素P450酶
10.4.6氫酶
10.4.7含銅氧化酶
10.5酶電化學(xué)催化的應(yīng)用
10.5.1用于底物的定量測定
10.5.2用作生物燃料電池的電極催化劑
10.5.3電化學(xué)免疫分析
10.5.4DNA雜交檢測
參考文獻(xiàn)
第11章 光電催化
11.1概述
11.2光電催化原理
11.2.1太陽能光電催化原理
11.2.2環(huán)境光電催化原理
11.3光電催化劑與光電催化反應(yīng)
11.3.1TiO2光電催化劑的制備
11.3.2提高TiO2光催化活性的途徑
11.3.3WO3光電催化劑
11.3.4CdS光電催化劑
11.3.5ZnO光電催化劑
11.3.6新型配合物半導(dǎo)體光電催化劑
11.3.7具有光電催化功能的聚合物納米復(fù)合材料
11.3.8光電催化劑的表征
11.3.9光電催化反應(yīng)
11.4重要的光電催化過程及應(yīng)用
11.4.1光電催化電解水制氫
11.4.2光電催化對典型有機(jī)污染物的降解
11.5光電催化的研究方法
11.5.1光催化研究過程的分析方法
11.5.2光電催化的動力學(xué)研究
11.5.3光電化學(xué)研究方法
參考文獻(xiàn)
第12章 燃料電池電催化
12.1燃料電池的分類和性能
12.1.1燃料電池分類
12.1.2燃料電池性能
12.2燃料電池電催化
12.2.1催化劑概述
12.2.2電催化反應(yīng)特點
12.2.3催化劑的表征方法
12.2.4催化劑的結(jié)構(gòu)組成
12.2.5催化劑的電催化性能
12.2.6催化劑的耐久性
12.3總結(jié)與展望
參考文獻(xiàn)
第13章 工業(yè)過程電催化
13.1氯堿工業(yè)過程電催化
13.1.1氯堿工業(yè)概述
13.1.2氯堿電解槽的析氯陽極電催化
13.1.3氯堿電解槽的析氫陰極電催化
13.2濕法冶金工業(yè)電積過程電催化
13.2.1濕法冶金工業(yè)概述
13.2.2氯化物水溶液中Ni、Co電積過程電催化
13.2.3硫酸溶液中Ni電積過程電催化
13.2.4硫酸溶液Zn電積過程電催化
13.3熔鹽鋁電解過程電催化
13.3.1熔鹽鋁電解工業(yè)概述
13.3.2碳素陽極的摻雜電催化
13.3.3碳素陽極摻雜電催化機(jī)理
13.3.4鋰鹽陽極糊及其工業(yè)應(yīng)用
13.3.5預(yù)焙陽極的摻雜電催化與綜合改性
參考文獻(xiàn)
索引
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