多孔材料電化學 [Electrochemistry of Porous Materials] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[西] 安托尼奧 著，穆道斌，吳伯榮，吳鋒 譯

圖書標籤:

• 多孔材料
• 電化學
• 能源存儲
• 催化
• 傳感器
• 材料科學
• 納米材料
• 電極材料
• 界麵電化學
• 儲能材料

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030572547

版次：1

商品編碼：12368532

包裝：平裝

外文名稱：Electrochemistry of Porous Materials

開本：16開

齣版時間：2018-05-01

用紙：膠版紙

頁數：278

字數：360000

正文語種：中文

內容簡介

　　《多孔材料電化學》主要涉及多孔材料中的電化學研究及應用，目的是提供多孔材料的電化學研究手段，結閤理論模型分析多孔材料的氧化還原過程及其電化學應用。作者圍繞多孔材料電化學的主題，對不同體係，結閤多孔材料特徵與電化學行為，進行瞭詳細的描述，並綜述瞭相關研究進展。內容包括多孔材料的電化學過程及研究方法、典型多孔材料體係的電化學研究及進展、多孔材料的電化學應用等幾部分。
　　《多孔材料電化學》是一部全麵闡述多孔材料電化學的專著，緻力於使從事材料化學研究的研究人員認知電化學，同時也希望能夠為電化學工作者介紹多孔材料化學知識，對相關研究領域研究生及研究人員來說是一本價值很高的專業參考資料。

內頁插圖

目錄

第1章 多孔材料與電化學
1．1 多孔材料的概念及分類
1．2 混閤多孔材料
1．3 電化學和多孔材料
1．4 多孔材料閤成
1．5 材料改性電極
1．6 電極改性材料
1．7 電化學的常規思路
1．8 擴散相關的問題
1．9 伏安法和相關技術
1．10 電阻和電容效應
1．11 電化學阻抗圖譜
1．12 其他技術

第2章 多孔材料的電化學過程
2．1 引言
2．2 常規方法
2．3 連續層
2．4 微觀非均勻相沉積物
2．5 物質分布
2．6 修正
2．7 分形錶麵

第3章 電催化
3．1 引言
3．2 錶麵限定物質的電催化
3．3 多孔材料微觀顆粒沉積物的電催化
3．4 多孔材料微觀異相沉積物的電催化模型：穩態法
3．5 多孔材料微觀異相沉積物的電催化模型：暫態法
3．6 電催化機理

第4章 矽酸鋁的電化學
4．1 引言
4．2 沸石
4．3 沸石相關物質的電化學
4．4 拓撲結構的氧化還原異構體
4．5 物質分布
4．6 介孔材料
4．7 相關材料的電化學
4．8 形態分析：瑪雅藍問題

第5章 金屬有機骨架材料的電化學
5．1 引言
5．2 MOFs的離子插入一驅動電化學過程
5．3 MOFs材料的金屬沉積電化學
5．4 傳感與電催化

第6章 多孔氧化物及其相關材料的電化學
6．1 引言
6．2 金屬氧化物及羥基氧化物的電化學
6．3 層狀氫氧化物及相關材料的電化學
6．4 POMs的電化學
6．5 摻雜材料的電化學
6．6 多孔陽極化金屬氧化物膜
6．7 金屬氧化物及相關材料的電催化
6．8 特徵位點的電化學

第7章 多孔碳和納米管的電化學
7．1 碳基電化學材料
7．2 多孔碳
7．3 碳納米管和納米帶
7．4 富勒烯
7．5 富勒烯和納米管的直接電化學閤成
7．6 電容響應
7．7 碳的功能化
7．8 電催化活性

第8章 多孔聚閤物和雜化材料的電化學
8．1 有機一無機雜化材料和納米復閤材料
8．2 多孔聚閤物
8．3 基於導電有機聚閤物改性的雜化材料-
8．4 基於導電聚閤物改性的雜化材料
8．5 雜化體係中聚閤過程的電化學監測
8．6 多孔固體中金屬和金屬氧化物納米顆粒的分散

第9章 電化學傳感器與多孔材料
9．1 電化學傳感器
9．2 多孔材料的氣體傳感器
9．3 固態pH和離子選擇性電極
9．4 電流傳感
9．5 伏安傳感與選擇性
9．6 對映選擇性電化學傳感器
9．7 電子體係中的電化學模型

第10章 超級電容器、電池、燃料電池及相關應用
10．1 電能的儲存和轉換
10．2 電容器和超級電容器
10．3 鎳電池
10．4 鋰電池
10．5 燃料電池
10．6 電共生

第11章 多孔材料的磁電化學和光電化學
11．1 磁電化學
11．2 光電化學
11．3 光能和氧化還原過程
11．4 光電化學電池
11．5 電化學誘導發光和電緻變色材料
11．6 電催化過程的光化學調製

第12章 用於電閤成和環境整治的微孔材料
12．1 電閤成
12．2 涉及多孔電極的電解工藝
12．3 電催化過程
12．4 析氧反應
12．5 析氫反應
12．6 乙醇電催化氧化
12．7 汙染物的電化學降解
12．8 降解／生成
12．9 光電化學降解

參考文獻

多孔材料電化學：跨越材料科學與能源轉化的前沿探索 在當今科技飛速發展的時代，材料科學的創新是推動能源、環境、生物醫學等諸多領域進步的基石。而多孔材料，以其獨特的結構優勢和廣泛的應用潛力，正成為材料科學研究的熱點。它們如同天然的分子篩網，在微觀尺度上構建齣豐富的孔隙網絡，賦予瞭材料卓越的比錶麵積、優異的吸附能力、可控的擴散通道以及獨特的催化活性。當這些材料與電化學這一強大的研究工具相結閤時，便催生齣瞭一片充滿無限可能的前沿領域——多孔材料電化學。 本書並非簡單地羅列已知信息，而是旨在深入探討多孔材料在電化學體係中所扮演的關鍵角色，以及如何通過精準調控其微觀結構來優化電化學性能。我們不僅僅關注材料本身，更著眼於其在電化學過程中的動態行為和作用機製。從基礎的電荷轉移理論，到復雜的離子傳輸動力學，再到多相催化反應的機理，本書將帶領讀者係統地理解多孔材料在電化學應用中的精妙之處。 一、 多孔材料的結構多樣性與電化學意義 多孔材料的魅力在於其令人驚嘆的結構多樣性。本書將首先梳理各類經典與新興的多孔材料，包括但不限於： 無機多孔材料： 如沸石、介孔二氧化矽（如MCM-41, SBA-15）、金屬有機框架（MOFs）、共價有機框架（COFs）、多孔氧化物（如TiO2、ZnO）、碳材料（如活性炭、碳納米管、石墨烯氣凝膠）等。我們將詳細分析它們的孔徑分布、孔隙形狀、孔壁厚度、骨架元素組成以及錶麵官能團等特徵，並闡釋這些結構參數如何直接影響到電化學反應的活性位點密度、電荷傳輸路徑、反應物/産物的擴散速率以及電解質離子的可及性。 有機多孔材料： 聚閤物微球、多孔有機聚閤物等。它們的柔韌性和可設計性為電化學應用提供瞭新的思路。 復閤多孔材料： 將不同種類的多孔材料進行復閤，或者將多孔材料與納米顆粒、導電聚閤物等進行結閤，以期産生協同效應，突破單一材料的局限。 二、 電化學在多孔材料錶徵與性能評估中的核心作用 電化學技術是理解多孔材料行為的強大工具。本書將重點介紹如何利用各種電化學方法來深入研究多孔材料的特性： 循環伏安法（CV）： 用於研究多孔材料的氧化還原行為、電荷轉移動力學以及分析電化學反應的可逆性。通過分析CV麯綫的峰電流、峰電位和峰寬，可以推斷齣材料的電化學活性和錶麵積。 計時電流法（Chronoamperometry/Chronopotentiometry）： 用於測量電荷轉移速率、擴散係數和電容等動態參數。 電化學阻抗譜（EIS）： 揭示電化學體係的界麵阻抗、體相阻抗以及電荷轉移電阻等關鍵信息，對於理解多孔材料的電化學反應過程、電荷傳輸效率和離子傳導性至關重要。 開路電壓衰減法（OCVD）： 用於研究電化學電容器的能量存儲機製。 恒流充放電法（GCD）： 是評估電池和超級電容器能量密度、功率密度和循環穩定性的基本方法。 我們將詳細解析這些技術的原理，以及如何針對多孔材料的特點設計實驗方案，獲取準確可靠的數據。 三、 多孔材料在關鍵電化學應用中的突破性進展 本書的核心在於展示多孔材料如何在各種重要的電化學應用中發揮不可替代的作用，並探討未來的發展趨勢： 能源存儲： 鋰離子電池/鈉離子電池： 多孔材料作為電極材料，其巨大的比錶麵積和開放的孔道結構能夠提供更多的活性位點，促進鋰/鈉離子的快速嵌入/脫齣，並有效縮短離子擴散路徑，顯著提升電池的倍率性能和循環穩定性。例如，多孔碳材料因其優異的導電性和高比錶麵積，是理想的鋰/鈉離子電池負極材料。多孔金屬氧化物和MOFs衍生的碳材料，也能為離子儲存提供獨特的通道。 超級電容器： 多孔碳材料，特彆是具有微孔、介孔和大孔協同結構的碳材料，能夠顯著提高電荷存儲能力（贋電容和雙電層電容），延長離子在電極材料內部的擴散距離，提高功率密度。介孔材料的均一孔道結構也為離子快速傳輸提供瞭高效通道。 金屬-空氣電池： 多孔材料作為催化劑載體或直接作為催化劑，能夠促進氧還原反應（ORR）和氧析齣反應（OER），提高電池的能量密度和循環壽命。 電催化： 燃料電池： 多孔材料作為載體，能夠將催化劑（如Pt、Pd等貴金屬納米顆粒）高分散地負載於其錶麵，提高催化劑的利用率，降低成本。同時，多孔結構也能促進反應物（如H2、O2）在催化劑錶麵的傳輸，提高催化活性。 電解水製氫/製氧： 多孔金屬氧化物、MOFs衍生的碳材料以及金屬納米顆粒負載的多孔材料，展現齣優異的析氫（HER）和析氧（OER）催化活性，是實現高效電解水製氫的關鍵。 二氧化碳還原（CO2RR）： 多孔材料為CO2分子的吸附和活化提供瞭優越的環境，能夠提高CO2RR的轉化效率和選擇性。 電化學傳感： 多孔材料的高比錶麵積可以負載更多的識彆分子或納米顆粒，提高傳感器的靈敏度和選擇性。其獨特的孔道結構也可以作為微反應器，加速待測物的擴散和反應。 電化學分離與純化： 多孔材料在電化學膜、電化學萃取等領域，利用其選擇性的孔道結構和錶麵性質，實現特定離子的分離或汙染物 Removal。 四、 設計與製備多孔材料的策略 本書還將探討如何巧妙地設計和製備具有特定結構和功能的電化學多孔材料： 模闆法： 利用硬模闆（如SiO2、聚苯乙烯微球）或軟模闆（如錶麵活性劑、嵌段共聚物、MOFs）來構築有序的多孔結構。 自組裝法： 利用分子間的相互作用力，使材料自發形成有序的多孔結構。 溶膠-凝膠法： 常用於製備介孔氧化物。 水熱/溶劑熱法： 用於閤成MOFs、COFs等材料。 碳化法： 將含碳前驅體（如MOFs、聚閤物）在高溫下進行碳化，獲得具有特定孔結構的碳材料。 功能化改性： 通過化學鍵閤、錶麵吸附等方式，在多孔材料錶麵引入特定的官能團或納米材料，賦予其新的電化學功能。 五、 未來展望與挑戰 最後，本書將對多孔材料電化學領域的未來發展方嚮進行展望，並指齣當前麵臨的挑戰： 理論計算與實驗相結閤： 利用密度泛函理論（DFT）等計算方法，預測材料的電化學性能，指導實驗設計。 原位（In-situ）/準原位（Operando）錶徵技術： 深入理解材料在實際電化學工作狀態下的結構變化和反應機理。 規模化製備與産業化應用： 開發高效、低成本的製備方法，推動多孔材料在能源、環境等領域的廣泛應用。 多功能一體化材料設計： 結閤不同功能單元，設計齣集高效儲能、催化、傳感等多種功能於一體的智能多孔材料。 環境可持續性： 關注綠色化學和可持續發展的理念，開發環境友好的多孔材料製備和應用技術。 本書的目標是為材料科學傢、化學工程師、能源研究人員以及相關領域的學生提供一個全麵、深入的學習平颱，激發他們對多孔材料電化學領域的興趣，並為推動該領域的發展貢獻力量。通過本書，讀者將能夠深刻理解多孔材料的結構-性能關係，掌握分析和設計新型多孔電化學材料的關鍵技術，從而在未來的研究和應用中取得突破。

評分☆☆☆☆☆

總的來說，這是一本內容豐富、結構清晰、論述嚴謹的學術著作。作者對多孔材料電化學領域的深刻理解和獨到見解，以及對前沿研究的敏銳洞察力，都體現在這本書的字裏行間。我特彆注意到作者在討論“多孔材料的安全性與穩定性”時，所錶現齣的審慎和負責的態度。他詳細分析瞭材料在實際應用中可能遇到的安全隱患，例如熱失控、易燃性、毒性等，並提齣瞭一些提高材料安全性和穩定性的策略，例如開發阻燃材料、優化界麵設計、引入保護塗層等。他還強調瞭對材料進行嚴格的性能評估和壽命預測的重要性，以確保其在實際應用中的可靠性。書中對於“多孔材料在下一代電化學能源技術中的發展前景”的展望，更是讓我對未來充滿瞭期待。作者預測瞭固態電池、金屬空氣電池、以及新型催化劑等技術在多孔材料的推動下將取得的突破性進展。這本書無疑是多孔材料電化學領域一本裏程碑式的著作，值得每一位相關研究者認真研讀。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常獨特，既有學術的嚴謹性，又不失文學的流暢性。作者善於運用類比和生動的語言來解釋復雜的科學概念，使得即使是初學者也能輕鬆理解。例如，在描述多孔材料的擴散通道時，他將其比作人體內的血管網絡，形象地解釋瞭孔道結構對物質傳輸效率的影響。在介紹電化學反應動力學時，他通過對化學反應速率方程的深入剖析，清晰地闡明瞭電荷轉移、物質擴散等因素如何共同決定反應的整體速率。我非常欣賞作者在章節之間過渡的自然和連貫。他能夠巧妙地將不同章節的內容聯係起來，形成一個有機整體，避免瞭知識點的零散感。書中穿插的示意圖和實驗數據圖錶，都經過精心設計，不僅美觀，而且信息量大，能夠直觀地展示理論概念和實驗結果。我對書中關於“多孔材料的失效機製與壽命預測”的討論尤其感興趣。作者詳細分析瞭導緻電極材料失效的多種因素，例如體積膨脹/收縮、析鋰、相變、電解液分解等，並介紹瞭多種預測材料壽命的方法，這對於延長電化學器件的使用壽命至關重要。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的感受是其內容的廣度和深度都達到瞭相當高的水平。從基礎的電化學原理，到各種復雜的多孔材料的結構特點，再到它們在各種電化學器件中的具體應用，作者都進行瞭詳細而係統地闡述。我特彆喜歡書中關於“多孔材料在電化學儲能中的挑戰與機遇”這一部分的論述。他並沒有迴避當前技術麵臨的睏難，例如能量密度瓶頸、功率密度限製、循環壽命衰減、安全性問題等，而是深入分析瞭這些挑戰的根源，並提齣瞭切實可行的解決方案。例如，他詳細探討瞭如何通過優化電解質、設計新型集流體、開發三維多孔電極結構等方式來提升器件性能。書中對於不同類型多孔材料在不同儲能體係（如鋰離子電池、鈉離子電池、固態電池、液流電池）中的優勢和劣勢的對比分析，也為我選擇閤適的材料體係提供瞭重要的參考依據。此外，書中對於“綠色電化學”的倡導和相關研究的介紹，也體現瞭作者的社會責任感和對可持續發展的關注。

評分☆☆☆☆☆

從內容層麵來看，這本書在材料的選擇和案例的呈現上都顯得十分具有代錶性。作者選擇瞭當前研究最活躍、應用最廣泛的幾類多孔材料，如金屬有機框架（MOFs）、共價有機框架（COFs）、多孔碳材料、多孔氧化物、多孔金屬等，並對其在電化學領域的應用進行瞭深入的介紹。我特彆關注書中關於“多孔材料在電化學傳感器中的應用”的部分。作者詳細闡述瞭多孔結構如何通過增加錶麵積、提高吸附能力、以及提供豐富的電化學活性位點，來增強傳感器的靈敏度和選擇性。他列舉瞭多種多孔材料在檢測氣體、離子、生物分子等方麵的成功案例，並分析瞭這些傳感器的工作原理和優缺點。書中對於“多孔材料的錶麵修飾與功能化”的討論，也為我提供瞭一個新的思路。通過在多孔材料錶麵引入特定的官能團、納米粒子或其他功能組分，可以顯著改善其電化學性能，例如提高導電性、增強催化活性、或調控錶麵潤濕性等。

評分☆☆☆☆☆

當我深入閱讀這本書時，我越發感受到作者對多孔材料電化學領域深厚的理解和獨到的見解。他不僅梳理瞭該領域的研究現狀，更重要的是，他提齣瞭許多具有創新性的觀點和研究方嚮。在“多孔材料在電催化中的作用”這一章節，作者詳細闡述瞭多孔結構如何通過增加活性位點、優化傳質傳熱、以及調控電子/離子導電性來提升催化效率和穩定性。他對於不同類型催化反應（如析氫反應、析氧反應、二氧化碳還原反應等）所適用的多孔材料的分析，為我從事相關研究提供瞭寶貴的啓示。書中對於“計算模擬在多孔材料電化學研究中的應用”的介紹，也讓我看到瞭跨學科研究的巨大潛力。作者詳細介紹瞭第一性原理計算、分子動力學模擬、有限元分析等計算方法如何幫助我們理解材料的微觀結構、預測其電化學性能、以及指導材料的設計。他特彆強調瞭計算模擬與實驗研究相結閤的重要性，這種“理論指導實驗，實驗驗證理論”的研究模式，是推動科學進步的有效途徑。

評分☆☆☆☆☆

這本書的齣版，無疑為多孔材料電化學領域的研究人員提供瞭一份珍貴的學術資源。作者以其淵博的學識和嚴謹的態度，係統地梳理瞭該領域的知識體係，並對未來的發展趨勢做齣瞭 insightful 的展望。我印象深刻的是書中關於“多孔材料在生物電化學中的應用”的章節。作者詳細介紹瞭多孔材料在生物傳感器、生物催化、藥物遞送、以及人工器官等方麵的潛在應用。他強調瞭生物相容性、生物活性以及與生物分子相互作用的重要性，並提齣瞭一些挑戰和解決方案。書中對於“多孔材料在環境電化學中的應用”的討論，也讓我看到瞭該領域更廣闊的應用前景。作者介紹瞭多孔材料在水處理、空氣淨化、以及能源迴收等方麵的應用，並分析瞭其環境效益和經濟可行性。這本書的內容具有很強的指導意義，能夠幫助科研人員更好地把握研究方嚮，解決實際問題。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一位在電化學領域摸爬滾打多年的研究者來說，這本書帶來的啓發遠不止於理論知識的補充。它更像是一麵鏡子，讓我審視自己過去的研究方法和思路，並從中發現潛在的不足和新的可能性。作者在撰寫過程中，顯然花費瞭大量心思去整閤不同學科的研究成果，例如將納米材料的製備技術、錶麵科學的理論、以及計算模擬的方法與電化學原理有機地結閤起來。我尤其對其中關於“電化學界麵”的章節印象深刻。作者深入剖析瞭固-液、固-固界麵的電荷轉移、離子傳輸以及副反應的發生機製，並提齣瞭多種錶徵和調控界麵性能的策略。這對於解決許多電化學器件的瓶頸問題，例如界麵電阻過高、壽命衰減等，具有極其重要的指導意義。書中對於“原位/原位電化學錶徵技術”的詳盡介紹，例如原位X射綫衍射、原位拉曼光譜、原位透射電子顯微鏡等，讓我看到瞭理解電化學反應動態過程的強大工具。這些技術能夠實時監測電極材料在工作狀態下的結構和化學變化，從而揭示反應機理。這本書的內容具有很強的前瞻性，很多討論的課題都是當前研究的熱點，也預示著未來電化學材料領域的發展方嚮。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔而引人注目，深邃的藍色背景上，幾個細緻描繪的多孔結構圖案若隱若現，給人一種科學嚴謹又充滿想象的空間感。當我翻開第一頁，就被作者的引言深深吸引。他沒有直接陷入枯燥的理論陳述，而是以一種講述故事的口吻，娓娓道來多孔材料在現代科學技術中所扮演的愈發重要的角色，以及電化學手段如何成為揭示和駕馭這些材料內在奧秘的強大鑰匙。他巧妙地將曆史的脈絡、技術的演進以及前沿的研究動態融入其中，讓我仿佛置身於一個宏大的科學畫捲之中。書中不僅涵蓋瞭多孔材料的基本概念、分類和製備方法，還深入剖析瞭不同類型多孔材料（如金屬有機框架、多孔碳、多孔氧化物等）在電化學領域的獨特性能和應用潛力。我特彆驚喜於作者對於不同電化學錶徵技術（如循環伏安法、電化學阻抗譜、計時電流法等）在研究多孔材料時如何發揮作用的詳盡闡述。他通過大量的實例，展示瞭這些技術如何幫助我們理解材料的電荷傳輸機製、界麵反應動力學以及儲能放電過程中的復雜現象。閱讀過程中，我常常會停下來，思考書中提齣的問題，並試圖將其與我所熟悉的領域聯係起來，這種互動式的閱讀體驗讓我受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排非常閤理，邏輯清晰，條理分明。每個章節都圍繞一個特定的主題展開，並且層層遞進，從基礎理論到具體應用，再到前沿展望，都安排得恰到好處。我尤其欣賞作者對於“多孔材料的孔隙結構調控與性能優化”的深入分析。他詳細介紹瞭多種調控多孔材料孔隙結構的方法，例如模闆法、溶劑熱法、自組裝法等，並分析瞭不同製備方法對所得材料孔徑、形貌、錶麵性質等的影響。他還深入探討瞭如何通過優化製備參數來獲得具有特定孔隙結構的材料，以滿足不同的電化學應用需求。書中對於“多孔材料在電化學能量存儲和轉換中的協同效應”的探討，也讓我耳目一新。作者強調瞭不同組分、不同孔結構、不同界麵之間的協同作用，可以帶來遠超單一組分材料的性能提升。他提齣瞭“多功能集成設計”的概念，鼓勵將多種優良性能的材料或結構進行復閤，以實現高性能的電化學器件。

評分☆☆☆☆☆

從一個對材料科學和電化學都有一定瞭解的讀者的角度來看，這本書的價值體現在其對細節的極緻追求和對概念的清晰梳理。作者在介紹多孔材料的結構-性能關係時，絲毫沒有含糊其辭。他深入淺齣地解釋瞭孔徑分布、比錶麵積、孔隙率、連通性等關鍵參數如何直接影響材料的電化學行為，比如離子擴散速率、贋電容貢獻、氧化還原反應活性等。我非常欣賞他對於不同孔結構（如微孔、介孔、大孔）在電化學過程中所扮演角色的區分，這對於理解和設計高性能的電化學器件至關重要。書中關於電極材料設計原則的部分，更是讓我眼前一亮。作者結閤瞭熱力學和動力學原理，詳細講解瞭如何通過調控材料的組分、形貌、晶麵取嚮以及與其他功能組分的協同作用，來優化電荷存儲能力、催化活性以及穩定性。他提齣的“多尺度協同設計”理念，強調瞭從原子尺度到宏觀尺度的統一考量，為開發下一代先進電化學材料提供瞭寶貴的指導。此外，書中對各種電化學應用場景的深入探討，如鋰離子電池、超級電容器、燃料電池、電催化、電化學傳感器等，都給齣瞭紮實的理論基礎和前沿的研究進展，這對於希望將基礎研究成果轉化為實際應用的科研人員來說，無疑是一本不可多得的參考書。