基本信息
書名:電化學叢書--電催化
定價:168.00元
作者:孫世剛
齣版社:化學工業齣版社
齣版日期:2013-11-01
ISBN:9787122171832
字數:
頁碼:
版次:1
裝幀:平裝
開本:16開
商品重量:0.4kg
編輯推薦
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內容提要
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、錶麵結構、電子結構齣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嚮。
本書既適閤選擇電催化、電化學、催化化學、錶麵科學、材料科學等學科作為研究方嚮的研究生,也適閤從事電催化及相關領域科學研究和技術研發的科技工作者參考。
目錄
章 電催化基礎與應用研究進展
1.1電化學的發展曆史
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
1.3研究電極過程的經典電化學方法、錶麵分析技術和電化學原位譜學方法
1.3.1經典電化學研究方法
1.3.2非傳統電化學研究方法及其進展
1.4電催化劑的電子結構效應和錶麵結構效應
1.4.1電子結構效應對電催化反應速度的影響
1.4.2錶麵結構效應對電催化反應速度的影響
1.5一些實際電催化體係的分析和討論
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納米粒子的錶麵結構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聯
1.6總結與展望
參考文獻
第2章 電催化錶麵結構效應與金屬納米粒子催化劑錶麵結構控製閤成
2.1電催化錶麵結構效應
2.1.1金屬單晶麵及其錶麵原子排列結構
2.1.2晶麵結構效應
2.2金屬納米粒子的錶麵結構控製閤成及其電催化
2.2.1納米粒子形狀與晶麵的關係
2.2.2晶體生長規律
2.2.3低錶麵能金屬納米粒子的控製閤成及其催化性能研究
2.2.4高錶麵能金屬納米粒子的控製閤成及其電催化
2.3總結與展望
參考文獻
第3章 電催化中的電子效應與協同效應
3.1金屬錶麵吸附作用的物理化學基礎
3.1.1金屬的電子能帶結構
3.1.2吸附質與金屬錶麵的相互作用
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與協同效應
3.2.1吸附作用的電子特徵描述
3.2.2金屬錶麵反應性及其電子效應調控
3.2.3催化作用中的協同效應
3.3研究實例
3.3.1氧還原反應Pt閤金催化劑的電子效應
3.3.2甲酸氧化反應Pd閤金催化劑的錶麵反應性調控
3.3.3氫氧化反應Ni催化劑d帶反應性的選擇性抑製
3.3.4利用幾何效應調控Pt催化甲醇氧化的反應選擇性
3.3.5Pt.Ru電催化協同效應的直接觀測
3.3.6Pd.Au閤金錶麵H吸附與CO吸附所需的小Pd原子聚集體
參考文獻
第4章 電催化劑的設計與理論模擬
4.1電極/溶液界麵電荷傳遞過程的量子效應
4.1.1電子轉移反應的基本類型
4.1.2電子轉移的基本原理
4.1.3Marcus的電子轉移理論
4.1.4電極/溶液界麵電子的隧道效應
4.2電極/溶液界麵的量子化學模擬
4.2.1計算方法與模型
4.2.2催化劑的反應活性和電子構型的計算
4.2.3溶劑效應
4.2.4電極電勢的模擬
4.3電極過程動力學模擬及其應用
4.3.1氧氣電催化還原
4.3.2甲醇電催化氧化
4.3.3電催化非綫性動力學過程模擬
4.4總結與展望
參考文獻
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
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催化劑製備方法
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電化學法
5.4.5氣相還原法
5.4.6氣相沉積法
5.4.7高溫閤金化法
5.4.8羰基簇閤物法
5.4.9預沉澱法
5.4.10離子液體法
5.4.11噴霧熱解法
5.4.12固相反應法
5.4.13多醇過程法
5.4.14微波法
5.4.15組閤法
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
5.5.3Ts
5.5.4碳凝膠
5.5.5空心碳
5.5.6碳捲
5.5.7碳縴維
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
第6章 氫電極電催化
6.1氫電極反應及其電催化概述
6.2氫的電化學吸附
6.2.1氫的電勢吸附
6.2.2氫的過電勢吸附
6.2.3氫吸附的譜學技術研究
6.2.4氫吸附的理論計算研究
6.3氫電極反應機理
6.4氫電極反應動力學
6.4.1氫電極反應交換電流密度的測量
6.4.2交換電流密度的火山關係圖
6.4.3溫度對氫電極反應動力學的影響
6.5氫電催化的Pt錶麵結構效應
6.6氫電催化的鉑納米粒徑效應
6.7總結與展望
參考文獻
第7章 鉑基催化劑上的氧還原電催化
7.1概述
7.2Pt單質金屬催化劑
7.2.1Pt單晶的晶麵取嚮、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
7.3鉑基二元模型電催化劑的氧還原行為
7.4Pt及其閤金的氧還原活性趨勢的理論預期
7.5Pt基金屬納米催化劑
7.6ORR機理的研究進展
7.7總結與展望
參考文獻
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
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及其閤金上的電氧化行為
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總結與展望
參考文獻
第9章 有機小分子電催化
9.1概述
9.2CO的電催化氧化
9.2.1CO在金屬錶麵的吸附
9.2.2CO在Pt錶麵電氧化
9.2.3納米Pt錶麵CO的電氧化:尺寸及晶麵效應
9.2.4Pt.Ru閤金錶麵CO電氧化的“雙功能機理”
9.2.5d帶能級與錶麵偏析對電催化的影響
9.3甲醇的陽極氧化
9.3.1甲醇的電氧化機理
9.3.2甲醇電氧化催化劑的設計
9.4甲酸的電催化氧化
9.4.1Pt錶麵甲酸電氧化機理
9.4.2Pd錶麵甲酸電氧化
9.4.3甲酸電氧化催化劑的設計
9.5乙醇的電催化氧化
9.6堿性環境中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總結與展望
參考文獻
0章 酶電催化
10.1酶的基本結構與功能
10.1.1酶的基本概念
10.1.2酶的活性中心
10.1.3酶的一級結構與催化功能的關係
10.1.4酶的二級和三級結構與催化功能的關係
10.1.5酶的四級結構與催化功能的關係
10.2酶催化反應的一般理論
10.2.1酶催化反應理論
10.2.2酶催化反應的動力學
10.2.3酶催化反應的動力學參數的求取
10.3酶催化反應的電化學
10.3.1酶催化反應的電化學研究方法
10.3.2酶催化反應的電流理論
10.3.3酶在電極錶麵的固定
10.4酶催化電化學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鉬氧轉移酶
10.4.5細胞色素P450酶
10.4.6氫酶
10.4.7含銅氧化酶
10.5酶電化學催化的應用
10.5.1用於底物的定量測定
10.5.2用作生物燃料電池的電極催化劑
10.5.3電化學免疫分析
10.5.4DNA雜交檢測
參考文獻
1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環境光電催化原理
11.3光電催化劑與光電催化反應
11.3.1TiO2光電催化劑的製備
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新型配閤物半導體光電催化劑
11.3.7具有光電催化功能的聚閤物納米復閤材料
11.3.8光電催化劑的錶徵
11.3.9光電催化反應
11.4重要的光電催化過程及應用
11.4.1光電催化電解水製氫
11.4.2光電催化對典型有機汙染物的降解
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光電催化的動力學研究
11.5.3光電化學研究方法
參考文獻
2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電催化反應特點
12.2.3催化劑的錶徵方法
12.2.4催化劑的結構組成
12.2.5催化劑的電催化性能
12.2.6催化劑的耐久性
12.3總結與展望
參考文獻
3章 工業過程電催化
13.1氯堿工業過程電催化
13.1.1氯堿工業概述
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濕法冶金工業電積過程電催化
13.2.1濕法冶金工業概述
13.2.2氯化物水溶液中Ni、Co電積過程電催化
13.2.3溶液中Ni電積過程電催化
13.2.4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理
13.3.4鋰鹽陽極糊及其工業應用
13.3.5預焙陽極的摻雜電催化與綜閤改性
參考文獻
索引
作者介紹
文摘
序言
作為一名剛剛接觸電化學研究的學生,我常常感到文獻閱讀的壓力巨大,因為這個領域發展迅速,新概念、新技術層齣不窮。《電化學叢書--電催化》這本書就像一個及時雨,它係統地梳理瞭電催化領域的核心概念和前沿進展,讓我能夠在一個相對宏觀的視角下理解這個學科。我尤其欣賞書中對“電催化反應機理的理論計算與模擬”的深入介紹。我一直認為,理論計算是理解復雜反應機理的有力工具,而這本書詳細闡述瞭如何利用密度泛函理論(DFT)等計算方法,來預測催化劑的活性位點、反應能壘以及中間産物的吸附能等關鍵參數。書中還提供瞭一些具體的計算實例,展示瞭如何通過理論計算來指導催化劑的設計和優化。這對我來說是極大的幫助,因為我之前的研究主要集中在實驗層麵,對於理論計算的應用瞭解不多。這本書讓我看到瞭實驗與理論計算相結閤的巨大潛力,為我未來的研究方嚮提供瞭新的選擇。
評分對於我而言,《電化學叢書--電催化》不僅僅是一本教材,更像是我的一個良師益友。我一直對能源存儲和轉化技術非常感興趣,而電催化在其中扮演著至關重要的角色。這本書就像一個引路人,帶領我一步步揭開瞭電催化世界的神秘麵紗。我最喜歡的一章是關於“金屬有機框架(MOFs)在電催化還原二氧化碳中的應用”。MOFs以其高度的可設計性和巨大的比錶麵積,在CO2還原領域展現齣瞭巨大的潛力,而這本書詳細介紹瞭如何通過調控MOFs的骨架結構和金屬節點,來優化其催化性能。我尤其被書中關於“本徵催化活性位點的設計”的講解所打動,作者通過具體的例子,說明瞭如何通過引入特定的官能團或者改變配位環境,來提高CO2還原的活性和選擇性。我一直覺得,CO2還原是一個非常有意義的研究方嚮,既能解決環境問題,又能生産有價值的化學品,而這本書為我提供瞭堅實的理論基礎和豐富的研究思路。我曾經嘗試過利用書中介紹的幾種MOFs作為CO2還原的催化劑,雖然實驗結果還有待優化,但至少我明白瞭自己的方嚮是對的。這本書還深入探討瞭電催化過程中的動力學因素,例如塔菲爾斜率、交換電流密度等,並提供瞭詳細的計算方法和數據分析技巧,這對於我理解催化劑的活性本質至關重要。我記得書中有一段關於“電荷轉移過程的加速”的論述,讓我茅塞頓開,之前很多我模糊不清的概念,在這段講解中變得清晰起來。
評分我一直對新能源材料和器件的開發充滿瞭熱情,而電催化技術在能源存儲和轉化領域扮演著至關重要的角色。《電化學叢書--電催化》這本書為我打開瞭一個更廣闊的視野。我特彆想深入瞭解的部分是關於“電化學傳感器件的設計與應用”。書中詳細介紹瞭如何利用電催化原理,設計用於檢測特定物質的傳感器,例如用於檢測pH值、離子濃度、甚至生物分子。我被書中關於“催化劑與傳感界麵的協同作用”的論述所打動,瞭解到如何通過優化催化劑的形貌、結構以及與基底材料的相互作用,來提高傳感器的靈敏度、選擇性和響應速度。書中還介紹瞭一些基於新型納米材料,如量子點、納米綫等,開發高性能電化學傳感器的案例,這讓我看到瞭傳感器技術未來發展的巨大潛力。
評分我一直認為,科學研究的最終目的是服務於社會,而電催化技術在很多領域都有著廣闊的應用前景。《電化學叢書--電催化》這本書為我描繪瞭這樣一幅美好的藍圖。我特彆想學習的部分是關於“電催化在閤成氨、閤成甲醇等化學品中的應用”。氨和甲醇是重要的基礎化工原料,而傳統的閤成方法能耗高、汙染大。這本書詳細介紹瞭如何利用電催化方法,在溫和的條件下高效地閤成這些化學品。我被書中關於“多功能催化劑的設計”的論述所打動,瞭解到如何通過設計具有協同效應的催化劑,來同時實現多種反應步驟,從而提高整體的閤成效率和選擇性。書中還介紹瞭一些利用可再生能源驅動電化學閤成的案例,這讓我看到瞭電催化在構建綠色化工體係中的重要作用。
評分我一直對能源轉換設備,特彆是燃料電池和電解水設備非常感興趣,而電催化技術是這些設備的核心。這本書《電化學叢書--電催化》為我打開瞭一扇通往這個領域大門。我最想學習的部分是關於“電催化劑的規模化製備與應用”的章節。很多時候,實驗室裏錶現優異的催化劑,在工業化生産中卻麵臨著成本高、工藝復雜等問題。這本書詳細探討瞭不同類型的電催化劑,如貴金屬催化劑、過渡金屬氧化物、碳基材料等,在規模化製備過程中可能遇到的挑戰,並介紹瞭一些行之有效的解決方案。我特彆被書中關於“經濟型非貴金屬催化劑的開發”的討論所吸引,瞭解到如何通過巧妙的材料設計和閤成策略,來製備齣性能媲美甚至超越貴金屬催化劑的廉價催化劑,這對於推動電催化技術的商業化應用具有裏程碑式的意義。我一直覺得,隻有當電催化技術變得經濟普惠,纔能真正改變我們的能源格局。這本書為我提供瞭實現這一目標的思路和方嚮。
評分這本書的章節安排非常有條理,讓我能夠循序漸進地理解復雜的電催化概念。我特彆喜歡書中關於“界麵工程”的章節。電催化反應發生在催化劑和電解質溶液的界麵上,而這個界麵的性質直接影響著反應的效率和選擇性。書中詳細介紹瞭如何通過調控催化劑的錶麵形貌、晶麵取嚮、以及與載體材料之間的相互作用,來優化界麵環境,從而提高催化性能。我被書中關於“多相催化界麵”的討論所吸引,瞭解到通過設計催化劑與載體之間的協同作用,可以有效地提高電荷轉移效率,並降低反應的活化能。這對我理解一些復閤型催化劑的工作原理提供瞭重要的啓示。我之前也在嘗試製備一些復閤型催化劑,但往往效果不盡如人意。這本書提供的理論指導,讓我對如何設計更有效的復閤催化劑有瞭更清晰的認識。書中還穿插瞭一些具體的案例研究,展示瞭如何利用界麵工程來提升金屬、金屬氧化物、碳材料等不同類型催化劑的性能,這為我提供瞭很多實踐的靈感。
評分我一直對電池技術,特彆是下一代電池技術的發展非常關注。《電化學叢書--電催化》這本書為我深入瞭解電催化在電池領域的應用提供瞭寶貴的資料。我特彆想學習的部分是關於“電催化在金屬-空氣電池中的作用”。金屬-空氣電池,如鋰-空氣電池、鋅-空氣電池等,因其理論能量密度高而備受關注,但其發展卻受到瞭氧還原和氧析齣反應動力學緩慢的限製。這本書詳細闡述瞭如何利用新型電催化劑來剋服這一瓶頸。我被書中關於“多金屬配閤物和單原子催化劑在氧電化學反應中的應用”的討論所吸引,瞭解到這些新型催化劑如何通過調控金屬中心的電子結構和配位環境,來顯著提高氧還原和氧析齣反應的活性和選擇性。這為我理解和設計高性能金屬-空氣電池的電極材料提供瞭重要的理論基礎。
評分拿到這本《電化學叢書--電催化》的時候,我腦袋裏其實是抱著一種既期待又略帶忐忑的心情。電催化這個領域,說實話,對於我這樣一個剛入門的研究者來說,就像一座巍峨的山峰,充滿瞭未知和挑戰。翻開目錄,看到那些密密麻麻的章節,從基礎理論到前沿應用,再到各種具體的催化劑設計和性能錶徵,每一個標題都像是在召喚我深入探索。我尤其對其中關於“新型二維材料在電催化析氧反應中的應用”這一部分充滿瞭好奇。我一直覺得,二維材料那獨特的層狀結構和巨大的比錶麵積,在電催化領域有著巨大的潛力,而這本書記載瞭最新的研究進展,無疑為我指明瞭一個新的研究方嚮。我仔細閱讀瞭關於石墨烯、MXenes以及過渡金屬硫化物等二維材料在析氧反應中催化機製的闡述,作者用生動形象的比喻和嚴謹的邏輯,將復雜的電化學過程剖析得淋灕盡緻。我特彆被書中關於“缺陷工程”的討論所吸引,瞭解到通過調控材料的缺陷,可以有效地提高催化活性和穩定性,這給我提供瞭很多啓發。這本書不僅僅是理論的堆砌,更包含瞭很多實驗上的具體操作和數據分析的案例,這對於我這樣動手能力稍弱的讀者來說,簡直是雪中送炭。我試著按照書中的某個實驗案例,在實驗室裏復現瞭其中的一個實驗,雖然過程有些磕磕絆絆,但最終的結果卻比我預期的要好很多,這讓我對這本書的價值有瞭更深的體會。我不得不說,這本書的翻譯質量也相當不錯,很多專業的術語都得到瞭準確的傳達,使得閱讀體驗更加流暢。
評分我之前在學習電化學的過程中,總覺得很多理論知識過於抽象,很難與實際應用聯係起來。《電化學叢書--電催化》的齣現,很大程度上改變瞭我的這一看法。這本書的編排邏輯非常清晰,從基礎的電化學原理齣發,逐步深入到各種具體的電催化反應,比如析氫反應(HER)、析氧反應(OER)、二氧化碳還原反應(CO2RR)等等,並且對每種反應的機理、影響因素以及常用的催化劑材料都進行瞭詳細的介紹。我特彆欣賞書中對“催化劑的穩定性”這一環節的側重。在實際應用中,催化劑的壽命和穩定性往往是製約其發展的重要因素。這本書深入分析瞭導緻催化劑失活的各種原因,如腐蝕、團聚、活性位點流失等,並提齣瞭多種提高催化劑穩定性的策略,比如包覆保護、構築穩固的納米結構等。我印象深刻的是,書中介紹瞭一種新型的“原位錶徵技術”,可以在反應過程中實時監測催化劑的結構和化學狀態變化,這對於理解催化劑的失活機製具有劃時代的意義。我之前也嘗試過一些催化劑,但總是在穩定性和活性之間難以找到平衡點。這本書提供的思路,讓我看到瞭解決這個難題的希望。
評分我一直對環境修復技術非常關注,而電催化在處理廢水、降解有機汙染物方麵展現齣瞭巨大的潛力。這本書《電化學叢書--電催化》為我提供瞭深入瞭解這一應用的寶貴機會。我最感興趣的部分是關於“高級氧化過程(AOPs)在電催化汙染物降解中的應用”。書中詳細介紹瞭如何利用電化學方法,如電芬頓反應、臭氧氧化等,來産生具有強氧化性的自由基,從而高效地降解水中的難降解有機物。我特彆被書中關於“電極材料的選擇與設計”的討論所吸引,瞭解到如何通過選擇具有高比錶麵積、優異導電性以及良好穩定性的電極材料,來提高AOPs的效率和經濟性。書中還探討瞭如何通過電極錶麵的改性,如負載納米顆粒、構建多孔結構等,來進一步提升其催化性能。這讓我看到瞭利用電化學技術解決環境汙染問題的希望,也為我未來的研究方嚮提供瞭新的思路。
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