電催化

電催化

所屬類別

科技 >> 化學 >> 基礎化學

作者：孫世剛、陳勝利 主編

叢書名：電化學叢書

出版日期：2013年11月 書號：978-7-122-17183-2

開本：B5 710×1000　1/16 裝幀：精 版次：1版1次 頁數：663頁

本書由電催化基礎和重要電催化過程兩部分組成。內容包括從納米結構、表面結構、電子結構出發認識電催化過程和催化劑材料的性質，到電催化劑的理論設計、理論模擬和製備；從氫、氧及有機分子電催化基礎，到燃料電池、太陽能電池、生物電化學乃至工業電化學過程等電催化應用。本書在內容的選擇上，既注重基礎知識和研究方法的介紹，同時又緊緊圍繞前沿方向。

第1章電催化基礎與應用研究進展

11電化學的發展歷史1

12電催化反應的基本規律和兩類電催化反應及其共同特點3

13研究電極過程的經典電化學方法、表面分析技術和電化學原位譜學方法5

131經典電化學研究方法5

132非傳統電化學研究方法及其進展7

14電催化劑的電子結構效應和表面結構效應12

141電子結構效應對電催化反應速度的影響12

142表面結構效應對電催化反應速度的影響15

15一些實際電催化體系的分析和討論20

151納米粒子的組成及其對電催化性能的影響20

152催化劑載體對電催化性能的影響21

153納米粒子的表面結構對其電催化性能的影響22

154納米尺度電催化劑活性的比較與關聯25

16總結與展望28

參考文獻29

第2章電催化表面結構效應與金屬納米粒子催化劑表面結構控制合成

21電催化表面結構效應33

211金屬單晶面及其表面原子排列結構33

212晶面結構效應34

22金屬納米粒子的表面結構控制合成及其電催化39

221納米粒子形狀與晶面的關係39

222晶體生長規律41

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44

224高表面能金屬納米粒子的控制合成及其電催化51

23總結與展望67

參考文獻69

第3章電催化中的電子效應與協同效應

31金屬表面吸附作用的物理化學基礎75

311金屬的電子能帶結構75

312吸附質與金屬表面的相互作用79

313吸附作用的密度泛函理論計算82

32催化作用中的電子效應與協同效應85

321吸附作用的電子特徵描述85

322金屬表面反應性及其電子效應調控89

323催化作用中的協同效應91

33研究實例93

331氧還原反應Pt合金催化劑的電子效應93

332甲酸氧化反應Pd合金催化劑的表面反應性調控98

333氫氧化反應Ni催化劑d帶反應性的選擇性抑制101

334利用幾何效應調控Pt催化甲醇氧化的反應選擇性103

335PtRu電催化協同效應的直接觀測105

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108

參考文獻110

第4章電催化劑的設計與理論模擬

41電極/溶液界面電荷傳遞過程的量子效應114

411電子轉移反應的基本類型114

412電子轉移的基本原理115

413Marcus的電子轉移理論117

414電極/溶液界面電子的隧道效應123

42電極/溶液界面的量子化學模擬128

421計算方法與模型128

422催化劑的反應活性和電子構型的計算134

423溶劑效應150

424電極電勢的模擬159

43電極過程動力學模擬及其應用169

431氧氣電催化還原169

432甲醇電催化氧化176

433電催化非線性動力學過程模擬180

44總結與展望190

參考文獻190

第5章燃料電池催化劑新材料

51質子交換膜燃料電池及催化劑概述196

52陽極催化劑200

521氫氧燃料電池陽極催化劑200

522DMFC陽極催化劑202

523DFAFC陽極催化劑212

524DEFC陽極催化劑220

53陰極催化劑224

531陰極氧電還原機理224

532鉑基催化劑225

533非鉑基金屬催化劑227

54催化劑製備方法231

541浸漬液相還原法231

542膠體法233

543微乳液法235

544電化學法235

545氣相還原法236

546氣相沉積法237

547高溫合金化法237

548羰基簇合物法237

549預沉澱法238

5410離子液體法238

5411噴霧熱解法238

5412固相反應法239

5413多醇過程法240

5414微波法240

5415組合法241

5416離子交換法241

5417輻照法241

55載體242

551炭黑242

552中孔碳243

553CNTs245

554碳凝膠247

555空心碳247

556碳卷249

557碳纖維250

558碳納米分子篩250

559碳化鎢251

5510硬碳252

5511碳納米籠252

5512金剛石252

5513富勒烯252

5514石墨烯253

參考文獻253

第6章氫電極電催化

61氫電極反應及其電催化概述270

62氫的電化學吸附273

621氫的欠電勢吸附274

622氫的過電勢吸附278

623氫吸附的譜學技術研究280

624氫吸附的理論計算研究281

63氫電極反應機理286

64氫電極反應動力學288

641氫電極反應交換電流密度的測量288

642交換電流密度的火山關係圖290

643溫度對氫電極反應動力學的影響294

65氫電催化的Pt表面結構效應296

66氫電催化的鉑納米粒徑效應297

67總結與展望302

參考文獻304

第7章鉑基催化劑上的氧還原電催化

71概述307

72Pt單質金屬催化劑309

721Pt單晶的晶面取向、陰離子吸附對氧還原性能的影響309

722Pt納米催化劑的粒徑效應314

73鉑基二元模型電催化劑的氧還原行為323

74Pt及其合金的氧還原活性趨勢的理論預期329

75Pt基金屬納米催化劑334

76ORR機理的研究進展338

77總結與展望343

參考文獻344

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353

811硼氫化物作為代氫陽極燃料的優勢與問題353

812不同金屬上硼氫化物電氧化的基本行為354

813BH-4在金屬電極上的電氧化模型360

814硼氫化物的直接電催化氧化小結364

82氨的直接電催化氧化364

821氨的直接電催化氧化概述364

822氨在Pt及其合金上的電氧化行為365

823氨在金屬鎳上的電氧化行為371

83硼氮烷作為陽極燃料的電催化376

831硼氮烷作為陽極燃料的電催化概述376

832BH3NH3在Ag電極上的電氧化377

833幾種典型催化劑上硼氮烷的直接電氧化381

834總結與展望385

參考文獻385

第9章有機小分子電催化

91概述388

92 CO的電催化氧化390

921CO在金屬表面的吸附390

922CO在Pt表面電氧化391

923納米Pt表面CO的電氧化：尺寸及晶面效應394

924PtRu合金表面CO電氧化的“雙功能機理”395

925d帶能級與表面偏析對電催化的影響397

93甲醇的陽極氧化399

931甲醇的電氧化機理399

932甲醇電氧化催化劑的設計400

94甲酸的電催化氧化402

941Pt表面甲酸電氧化機理402

942Pd表面甲酸電氧化404

943甲酸電氧化催化劑的設計405

95乙醇的電催化氧化407

96鹼性環境中C1小分子的電氧化408

961鹼性條件下CO電催化氧化409

962鹼性條件下甲醇的電催化氧化409

97總結與展望411

參考文獻412

第10章酶電催化

101酶的基本結構與功能418

1011酶的基本概念418

1012酶的活性中心418

1013酶的一級結構與催化功能的關係419

1014酶的二級和三級結構與催化功能的關係419

1015酶的四級結構與催化功能的關係421

102酶催化反應的一般理論422

1021酶催化反應理論422

1022酶催化反應的動力學424

1023酶催化反應的動力學參數的求取426

103酶催化反應的電化學427

1031酶催化反應的電化學研究方法427

1032酶催化反應的電流理論434

1033酶在電極表面的固定439

104酶催化電化學研究的幾個重要例子451

1041葡萄糖氧化酶452

1042反丁烯二酸還原酶和丁二酸脫氫酶454

1043過氧化物酶459

1044鉬氧轉移酶462

1045細胞色素P450酶467

1046氫酶469

1047含銅氧化酶471

105酶電化學催化的應用472

1051用於底物的定量測定473

1052用作生物燃料電池的電極催化劑478

1053電化學免疫分析482

1054DNA雜交檢測483

參考文獻484

第11章光電催化

111概述495

112光電催化原理498

1121太陽能光電催化原理498

1122環境光電催化原理503

113光電催化劑與光電催化反應507

1131TiO2光電催化劑的製備507

1132提高TiO2光催化活性的途徑510

1133WO3光電催化劑512

1134CdS光電催化劑514

1135ZnO光電催化劑515

1136新型配合物半導體光電催化劑517

1137具有光電催化功能的聚合物納米複合材料517

1138光電催化劑的表徵518

1139光電催化反應527

114重要的光電催化過程及應用541

1141光電催化電解水制氫541

1142光電催化對典型有機污染物的降解542

115光電催化的研究方法544

1151光催化研究過程的分析方法545

1152光電催化的動力學研究549

1153光電化學研究方法552

參考文獻561

第12章燃料電池電催化

121燃料電池的分類和性能567

1211燃料電池分類568

1212燃料電池性能568

122燃料電池電催化571

1221催化劑概述571

1222電催化反應特點573

1223催化劑的表徵方法578

1224催化劑的結構組成588

1225催化劑的電催化性能592

1226催化劑的耐久性596

123總結與展望604

參考文獻605

第13章工業過程電催化

131氯鹼工業過程電催化609

1311氯鹼工業概述609

1312氯鹼電解槽的析氯陽極電催化612

1313氯鹼電解槽的析氫陰極電催化619

132濕法冶金工業電積過程電催化621

1321濕法冶金工業概述621

1322氯化物水溶液中Ni、Co電積過程電催化624

1323硫酸溶液中Ni電積過程電催化625

1324硫酸溶液Zn電積過程電催化629

133熔鹽鋁電解過程電催化639

1331熔鹽鋁電解工業概述639

1332碳素陽極的摻雜電催化640

1333碳素陽極摻雜電催化機理645

1334鋰鹽陽極糊及其工業應用649

1335預焙陽極的摻雜電催化與綜合改性651

參考文獻652

索引659