【電化學催化】

內容簡介

《電化學催化》由電化學催化基本概念和典型電極過程電催化兩部分組成。 第一部分主要介紹電化學催化理論基礎，包括電化學催化的基本概念、電極/溶液介面的電催化特徵、多孔電極理論以及理論類比計算方法等4章內容； 第二部分從電化學體系中的典型電催化過程案例出發，闡述了不同電催化反應的本質機理，以及特定電催化劑所具備的相關性質，並介紹了製備和調控具有上述效能催化劑的相關方法，包括氧還原、氫氧化、有機小分子燃料氧化、有機物轉化以及析氫、析氧、析氯電反應過程等6章內容。 《電化學催化》貫穿了電催化的基礎理論、研究方法、前沿成果以及工業應用等幾個方面，既可作為高等院校電催化、表面化學、材料化學、能源化學等相關專業教材，也可作為電化學領域科技研發工作者的參攷書籍。

目錄

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催化作用的基本特徵003

1.1.3催化劑的基本組成與結構004

1.1.4多相催化反應過程007

1.1.5催化迴圈的建立016

1.2電化學催化018

1.2.1電化學催化特徵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總結與展望033

參考文獻033

第2章電極/溶液介面的電化學催化040

2.1反應場所：電極/溶液介面結構與性質040

2.1.1雙電層模型的發展041

2.1.2雙電層的基本性質043

2.2反應過程：電極/溶液介面的反應歷程045

2.2.1電極過程的速率控制步驟及其特點046

2.2.2電極過程的特徵047

2.3影響電極/溶液介面電化學催化反應的因素049

2.3.1電極/溶液介面電子轉移050

2.3.2電極/溶液介面結構063

2.4總結與展望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電極抑制電壓反轉效應082

3.1.2抗水淹傳質通道的設計構建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比特分佈及孔道設計089

3.2.2多孔氧還原催化劑的設計合成094

3.2.3非孔氧還原催化資料/非孔傳質通道構建130

3.3多孔電極131

3.3.1多孔電極的設計要求131

3.3.2多孔電極的結構132

3.3.3多孔電極經典製備方法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總結和展望158

參考文獻159

第4章類比與計算方法178

4.1模型構建的理論基礎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電子性質的理論基礎192

4.3.1晶體的能帶結構192

4.3.2態密度193

4.3.3布居數分析194

4.4吸附與反應的理論基礎和應用195

4.4.1勢能面及其特徵195

4.4.2吸附能196

4.4.3 BEP關係在反應中的應用198

4.4.4電極電勢的類比198

4.5總結與展望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孔結構227

5.6.2穩定性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氧還原電催化劑穩定性的提升253

5.10總結與展望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鹼性介質中的氫氧化機理284

6.2氫氧化催化劑292

6.2.1催化劑結構與氫氧化活性的構效關係292

6.2.2氫氧化催化劑300

6.3氫氧化電催化劑的效能評估與設計策略311

6.3.1氫氧化催化性能測試與評估311

6.3.2催化劑的設計策略315

6.4總結與展望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國內外研究現狀及存在問題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研究現狀和主要問題381

8.3.2研究方面382

8.4幾種重要的工業有機電合成反應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增强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總結與展望481

9.3電解水工業482

9.3.1為什麼要發展工業電解水制氫482

9.3.2電解水工業發展概況484

9.3.3電解水制氫的動力學和熱力學488

9.3.4鹼性電解水制氫492

9.3.5離子膜法電解水495

9.3.6總結與展望506

參考文獻507

第10章析氯電極與氯堿工業560

10.1鈦基金屬陽極塗層的優點562

10.2形穩陽極的作用機理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形穩陽極的設計569

10.3.1塗層組分的篩選570

10.3.2基體預處理572

10.3.3製備方法572

10.3.4結構形貌的影響577

10.4氯堿工業節能技術的發展579

10.4.1國產氯堿離子膜的發展579

10.4.2零極距離子膜電解槽的發展580

10.4.3氧陰極離子膜電解科技的發展581

10.5總結與展望582

參考文獻582

索引588

後記593

“中庸”和“催化”隨想593

參考文獻596