电化学丛书--电催化

第1章 电催化基础与应用研究进展 1.1 电化学的发展历史 1.2 电催化反应的基本规律和两类电催化反应及其共同特点 1.3 研究电极过程的经典电化学方法、表面分析技术和电化学原位谱学方法 1.3.1 经典电化学研究方法 1.3.2 非传统电化学研究方法及其进展 1.4 电催化剂的电子结构效应和表面结构效应 1.4.1 电子结构效应对电催化反应速度的影响 1.4.2 表面结构效应对电催化反应速度的影响 1.5 一些实际电催化体系的分析和讨论 1.5.1 纳米粒子的组成及其对电催化性能的影响 1.5.2 催化剂载体对电催化性能的影响 1.5.3 纳米粒子的表面结构对其电催化性能的影响 1.5.4 纳米尺度电催化剂活性的比较与关联 1.6 总结与展望 参考文献 第2章 电催化表面结构效应与金属纳米粒子催化剂表面结构控制合成 2.1 电催化表面结构效应 2.1.1 金属单晶面及其表面原子排列结构 2.1.2 晶面结构效应 2.2 金属纳米粒子的表面结构控制合成及其电催化 2.2.1 纳米粒子形状与晶面的关系 2.2.2 晶体生长规律 2.2.3 低表面能金属纳米粒子的控制合成及其催化性能研究 2.2.4 高表面能金属纳米粒子的控制合成及其电催化 2.3 总结与展望 参考文献 第3章 电催化中的电子效应与协同效应 3.1 金属表面吸附作用的物理化学基础 3.1.1 金属的电子能带结构 3.1.2 吸附质与金属表面的相互作用 3.1.3 吸附作用的密度泛函理论计算 3.2 催化作用中的电子效应与协同效应 3.2.1 吸附作用的电子特征描述 3.2.2 金属表面反应性及其电子效应调控 3.2.3 催化作用中的协同效应 3.3 研究实例 3.3.1 氧还原反应Pt合金催化剂的电子效应 3.3.2 甲酸氧化反应Pd合金催化剂的表面反应性调控 3.3.3 氢氧化反应Ni催化剂d带反应性的选择性抑制 3.3.4 利用几何效应调控Pt催化甲醇氧化的反应选择性 3.3.5 Pt-Ru电催化协同效应的直接观测 3.3.6 Pd-Au合金表面H吸附与CO吸附所需的*小Pd原子聚集体 参考文献 第4章 电催化剂的设计与理论模拟 4.1 电极/溶液界面电荷传递过程的量子效应 4.1.1 电子转移反应的基本类型 4.1.2 电子转移的基本原理 4.1.3 Marcus的电子转移理论 4.1.4 电极/溶液界面电子的隧道效应 4.2 电极/溶液界面的量子化学模拟 4.2.1 计算方法与模型 4.2.2 催化剂的反应活性和电子构型的计算 4.2.3 溶剂效应 4.2.4 电极电势的模拟 4.3 电极过程动力学模拟及其应用 4.3.1 氧气电催化还原 4.3.2 甲醇电催化氧化 4.3.3 电催化非线性动力学过程模拟 4.4 总结与展望 参考文献 第5章 燃料电池催化剂新材料 5.1 质子交换膜燃料电池及催化剂概述 5.2 阳极催化剂 5.2.1 氢-氧燃料电池阳极催化剂 5.2.2 DMFC阳极催化剂 5.2.3 DFAFC阳极催化剂 5.2.4 DEFC阳极催化剂 5.3 阴极催化剂 5.3.1 阴极氧电还原机理 5.3.2 铂基催化剂 5.3.3 非铂基金属催化剂 5.4 催化剂制备方法 5.4.1 浸渍-液相还原法 5.4.2 胶体法 5.4.3 微乳液法 5.4.4 电化学法 5.4.5 气相还原法 5.4.6 气相沉积法 5.4.7 高温合金化法 5.4.8 羰基簇合物法 5.4.9 预沉淀法 5.4.10 离子液体法 5.4.11 喷雾热解法 5.4.12 固相反应法 5.4.13 多醇过程法 5.4.14 微波法 5.4.15 组合法 5.4.16 离子交换法 5.4.17 辐照法 5.5 载体 5.5.1 炭黑 5.5.2 中孔碳 5.5.3 CNTs 5.5.4 碳凝胶 5.5.5 空心碳 5.5.6 碳卷 5.5.7 碳纤维 5.5.8 碳纳米分子筛 5.5.9 碳化钨 5.5.10 硬碳 5.5.11 碳纳米笼 5.5.12 金刚石 5.5.13 富勒烯 5.5.14 石墨烯 参考文献 第6章 氢电极电催化 6.1 氢电极反应及其电催化概述 6.2 氢的电化学吸附 6.2.1 氢的欠电势吸附 6.2.2 氢的过电势吸附 6.2.3 氢吸附的谱学技术研究 6.2.4 氢吸附的理论计算研究 6.3 氢电极反应机理 6.4 氢电极反应动力学 6.4.1 氢电极反应交换电流密度的测量 6.4.2 交换电流密度的火山关系图 6.4.3 温度对氢电极反应动力学的影响 6.5 氢电催化的Pt表面结构效应 6.6 氢电催化的铂纳米粒径效应 6.7 总结与展望 参考文献 第7章 铂基催化剂上的氧还原电催化 7.1 概述 7.2 Pt单质金属催化剂 7.2.1 Pt单晶的晶面取向、阴离子吸附对氧还原性能的影响 7.2.2 Pt纳米催化剂的粒径效应 7.3 铂基二元模型电催化剂的氧还原行为 7.4 Pt及其合金的氧还原活性趋势的理论预期 7.5 Pt基金属纳米催化剂 7.6 ORR机理的研究进展 7.7 总结与展望 参考文献 第8章 几种代氢燃料分子的直接电催化氧化 8.1 硼氢化物的直接电催化氧化 8.1.1 硼氢化物作为代氢阳极燃料的优势与问题 8.1.2 不同金属上硼氢化物电氧化的基本行为 8.1.3 BH-4在金属电极上的电氧化模型 8.1.4 硼氢化物的直接电催化氧化小结 8.2 氨的直接电催化氧化 8.2.1 氨的直接电催化氧化概述 8.2.2 氨在Pt及其合金上的电氧化行为 8.2.3 氨在金属镍上的电氧化行为 8.3 硼氮烷作为阳极燃料的电催化 8.3.1 硼氮烷作为阳极燃料的电催化概述 8.3.2 BH3NH3在Ag电极上的电氧化 8.3.3 几种典型催化剂上硼氮烷的直接电氧化 8.3.4 总结与展望 参考文献 第9章 有机小分子电催化 9.1 概述 9.2 CO的电催化氧化 9.2.1 CO在金属表面的吸附 9.2.2 CO在Pt表面电氧化 9.2.3 纳米Pt表面CO的电氧化：尺寸及晶面效应 9.2.4 Pt-Ru合金表面CO电氧化的“双功能机理” 9.2.5 d带能级与表面偏析对电催化的影响 9.3 甲醇的阳极氧化 9.3.1 甲醇的电氧化机理 9.3.2 甲醇电氧化催化剂的设计 9.4 甲酸的电催化氧化 9.4.1 Pt表面甲酸电氧化机理 9.4.2 Pd表面甲酸电氧化 9.4.3 甲酸电氧化催化剂的设计 9.5 乙醇的电催化氧化 9.6 碱性环境中C1小分子的电氧化 9.6.1 碱性条件下CO电催化氧化 9.6.2 碱性条件下甲醇的电催化氧化 9.7 总结与展望 参考文献 第10章 酶电催化 10.1 酶的基本结构与功能 10.1.1 酶的基本概念 10.1.2 酶的活性中心 10.1.3 酶的一级结构与催化功能的关系 10.1.4 酶的二级和三级结构与催化功能的关系 10.1.5 酶的四级结构与催化功能的关系 10.2 酶催化反应的一般理论 10.2.1 酶催化反应理论 10.2.2 酶催化反应的动力学 10.2.3 酶催化反应的动力学参数的求取 10.3 酶催化反应的电化学 10.3.1 酶催化反应的电化学研究方法 10.3.2 酶催化反应的电流理论 10.3.3 酶在电极表面的固定 10.4 酶催化电化学研究的几个重要例子 10.4.1 葡萄糖氧化酶 10.4.2 反丁烯二酸还原酶和丁二酸脱氢酶 10.4.3 过氧化物酶 10.4.4 钼氧转移酶 10.4.5 细胞色素P450酶 10.4.6 氢酶 10.4.7 含铜氧化酶 10.5 酶电化学催化的应用 10.5.1 用于底物的定量测定 10.5.2 用作生物燃料电池的电极催化剂 10.5.3 电化学免疫分析 10.5.4 DNA杂交检测 参考文献 第11章 光电催化 11.1 概述 11.2 光电催化原理 11.2.1 太阳能光电催化原理 11.2.2 环境光电催化原理 11.3 光电催化剂与光电催化反应 11.3.1 TiO2光电催化剂的制备 11.3.2 提高TiO2光催化活性的途径 11.3.3 WO3光电催化剂 11.3.4 CdS光电催化剂 11.3.5 ZnO光电催化剂 11.3.6 新型配合物半导体光电催化剂 11.3.7 具有光电催化功能的聚合物纳米复合材料 11.3.8 光电催化剂的表征 11.3.9 光电催化反应 11.4 重要的光电催化过程及应用 11.4.1 光电催化电解水制氢 11.4.2 光电催化对典型有机污染物的降解 11.5 光电催化的研究方法 11.5.1 光催化研究过程的分析方法 11.5.2 光电催化的动力学研究 11.5.3 光电化学研究方法 参考文献 第12章 燃料电池电催化 12.1 燃料电池的分类和性能 12.1.1 燃料电池分类 12.1.2 燃料电池性能 12.2 燃料电池电催化 12.2.1 催化剂概述 12.2.2 电催化反应特点 12.2.3 催化剂的表征方法 12.2.4 催化剂的结构组成 12.2.5 催化剂的电催化性能 12.2.6 催化剂的耐久性 12.3 总结与展望 参考文献 第13章 工业过程电催化 13.1 氯碱工业过程电催化 13.1.1 氯碱工业概述 13.1.2 氯碱电解槽的析氯阳极电催化 13.1.3 氯碱电解槽的析氢阴极电催化 13.2 湿法冶金工业电积过程电催化 13.2.1 湿法冶金工业概述 13.2.2 氯化物水溶液中Ni、Co电积过程电催化 13.2.3 硫酸溶液中Ni电积过程电催化 13.2.4 硫酸溶液Zn电积过程电催化 13.3 熔盐铝电解过程电催化 13.3.1 熔盐铝电解工业概述 13.3.2 碳素阳极的掺杂电催化 13.3.3 碳素阳极掺杂电催化机理 13.3.4 锂盐阳极糊及其工业应用 13.3.5 预焙阳极的掺杂电催化与综合改性 参考文献 索引