電化學催化

第一篇  電化學催化理論基礎
第1章  基本概念 002
1.1　催化劑與催化作用 002
1.1.1　催化劑與催化作用的定義 002
1.1.2　催化作用的基本特征 003
1.1.3　催化劑的基本組成與結(jié)構(gòu) 004
1.1.4　多相催化反應過程 007
1.1.5　催化循環(huán)的建立 016
1.2　電化學催化 018
1.2.1　電化學催化特征 018
1.2.2　電化學催化劑的基本要求與設計原則 021
1.2.3　常見電化學催化過程 025
1.3　總結(jié)與展望 033
參考文獻 033
第2章  電極/溶液界面的電化學催化 040
2.1　反應場所：電極/溶液界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 040
2.1.1　雙電層模型的發(fā)展 041
2.1.2　雙電層的基本性質(zhì) 043
2.2　反應過程：電極/溶液界面的反應歷程 045
2.2.1　電極過程的速率控制步驟及其特點 046
2.2.2　電極過程的特征 047
2.3　影響電極/溶液界面電化學催化反應的因素 049
2.3.1　電極/溶液界面電子轉(zhuǎn)移 050
2.3.2 電極/溶液界面結(jié)構(gòu) 063
2.4　總結(jié)與展望 074
參考文獻 074
第3章  多孔電極理論 078
3.1　抗水淹氧還原氣體多孔電極 080
3.1.1　Pt-MnO2/C電極抑制電壓反轉(zhuǎn)效應 082
3.1.2　抗水淹傳質(zhì)通道的設計構(gòu)建 083
3.2 多孔氧還原催化劑的設計合成 089
3.2.1 非貴金屬氧還原催化劑的活性位分布及孔道設計 089
3.2.2 多孔氧還原催化劑的設計合成 094
3.2.3　非孔氧還原催化材料/非孔傳質(zhì)通道構(gòu)建 130
3.3　多孔電極 131
3.3.1　多孔電極的設計要求 131
3.3.2　多孔電極的結(jié)構(gòu) 132
3.3.3　多孔電極經(jīng)典制備方法 137
3.3.4　有序/一體化多孔電極 139
3.4　氧還原多孔電極的應用 148
3.4.1　鋅- 空氣電池 149
3.4.2　鋰- 空氣電池 153
3.4.3　鋁- 空氣電池 154
3.4.4　其他空氣電池 155
3.5　總結(jié)和展望 158
參考文獻 159
第4章  模擬與計算方法 178
4.1　模型構(gòu)建的理論基礎 178
4.1.1　晶胞、原胞和超胞 178
4.1.2　晶格、倒易晶格 178
4.1.3　計算模型的選擇 179
4.2　計算方法的理論基礎 181
4.2.1　薛定諤方程的簡單描述 181
4.2.2　非相對論近似 182
4.2.3　波恩- 奧本海默近似 182
4.2.4　 第一性原理計算的Hartree-Fock方法（單電子近似） 183
4.2.5　密度泛函理論 185
4.2.6　Car-Parrinello分子動力學方法 190
4.2.7　量子力學/分子力學耦合方法 191
4.3　電子性質(zhì)的理論基礎 192
4.3.1　晶體的能帶結(jié)構(gòu) 192
4.3.2　態(tài)密度 193
4.3.3　布居數(shù)分析 194
4.4　吸附與反應的理論基礎和應用 195
4.4.1　勢能面及其特征 195
4.4.2　吸附能 196
4.4.3　BEP關(guān)系在反應中的應用 198
4.4.4　電極電勢的模擬 198
4.5　總結(jié)與展望 203
參考文獻 203

第二篇  典型電極過程電催化
第5章  氧還原電催化過程 208
5.1  氧還原催化機理 208
5.2  Pt 基催化劑 212
5.3　Pd 基催化劑 215
5.4　雜原子摻碳非貴金屬催化劑 217
5.5　金屬氧化物、硫化物催化劑 225
5.6　碳基催化劑 227
5.6.1　孔結(jié)構(gòu) 227
5.6.2　穩(wěn)定性 227
5.7　過渡金屬化合物催化劑 228
5.8　氧還原電催化劑活性調(diào)控方法 228
5.8.1　Pt基氧還原電催化劑 228
5.8.2　過渡金屬化合物類催化劑 242
5.8.3　碳基催化劑 250
5.9　氧還原電催化劑穩(wěn)定性的提升 253
5.10　總結(jié)與展望 254
參考文獻 254
第6章  氫氧化電化學催化 279
6.1　氫氧化機理 282
6.1.1　氫燃料電池中氫氧化機理 282
6.1.2　堿性介質(zhì)中的氫氧化機理 284
6.2　氫氧化催化劑 292
6.2.1　催化劑結(jié)構(gòu)與氫氧化活性的構(gòu)效關(guān)系 292
6.2.2 　氫氧化催化劑 300
6.3 氫氧化電催化劑的性能評價與設計策略 311
6.3.1 氫氧化催化性能測試與評價 311
6.3.2 催化劑的設計策略 315
6.4　總結(jié)與展望 321
參考文獻 322
第7章  有機小分子電催化 331
7.1　催化劑表面CO 中毒 332
7.1.1　Pt表面CO中毒機理 332
7.1.2 微量熱法研究CO 在催化劑表面吸附 333
7.2　甲醇氧化 335
7.2.1　甲醇氧化機理 335
7.2.2　甲醇氧化催化劑 342
7.3 甲酸氧化 347
7.3.1 甲酸氧化機理 347
7.3.2　甲酸氧化催化劑 349
7.4 乙醇氧化 353
7.4.1 乙醇氧化機理 353
7.4.2 乙醇氧化催化劑 355
7.5 總結(jié)與展望 357
參考文獻 357
第8章  有機電化學合成 366
8.1　電催化氧化 368
8.1.1　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題 368
8.1.2　研究方面 370
8.2　電催化還原 375
8.2.1　研究現(xiàn)狀和主要問題 375
8.2.2　研究方面 375
8.3　C-H 活化取代 381
8.3.1　研究現(xiàn)狀和主要問題 381
8.3.2　研究方面 382
8.4　幾種重要的工業(yè)有機電合成反應 386
8.5　電化學合成反應器 391
8.5.1　二維電合成反應器 391
8.5.2　三維電合成反應器 393
8.6 總結(jié)與展望 393
參考文獻 394
第9章 電解水 400
9.1　析氫電催化劑 400
9.1.1　析氫電催化劑概述 400
9.1.2　析氫反應機理 400
9.1.3　不同介質(zhì)中的析氫反應 403
9.1.4　析氫電催化劑研究進展 407
9.1.5　總結(jié)與展望 441
9.2　析氧電催化劑 442
9.2.1　析氧電催化劑概述 442
9.2.2　析氧電催化劑機理的研究進展 443
9.2.3　增強過渡金屬化合物析氧催化活性的策略 447
9.2.4　常用的過渡金屬化合物用作OER 催化劑 462
9.2.5　析氧催化劑失活機理的研究進展 477
9.2.6　總結(jié)與展望 481
9.3　電解水工業(yè) 482
9.3.1　為什么要發(fā)展工業(yè)電解水制氫 482
9.3.2　電解水工業(yè)發(fā)展概況 484
9.3.3　電解水制氫的動力學和熱力學 488
9.3.4　堿性電解水制氫 492
9.3.5　離子膜法電解水 495
9.3.6　總結(jié)與展望 506
參考文獻 507
第10章 析氯電極與氯堿工業(yè) 560
10.1　鈦基金屬陽極涂層的優(yōu)點 562
10.2　形穩(wěn)陽極的作用機理 562
10.2.1　導電機理 563
10.2.2　析氯催化機理 563
10.2.3　失活機理 566
10.3　形穩(wěn)陽極的設計 569
10.3.1　涂層組分的篩選 570
10.3.2　基體預處理 572
10.3.3 制備方法 572
10.3.4　結(jié)構(gòu)形貌的影響 577
10.4　氯堿工業(yè)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展 579
10.4.1　國產(chǎn)氯堿離子膜的發(fā)展 579
10.4.2　零極距離子膜電解槽的發(fā)展 580
10.4.3　氧陰極離子膜電解技術(shù)的發(fā)展 581
10.5　總結(jié)與展望 582
參考文獻 582

索 引 588
后 記 593
“中庸”和“催化”隨想 593
參考文獻 596