電化學(xué)催化

第一篇  電化學(xué)催化理論基礎(chǔ)
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(yīng)過(guò)程 007
1.1.5　催化循環(huán)的建立 016
1.2　電化學(xué)催化 018
1.2.1　電化學(xué)催化特征 018
1.2.2　電化學(xué)催化劑的基本要求與設(shè)計(jì)原則 021
1.2.3　常見(jiàn)電化學(xué)催化過(guò)程 025
1.3　總結(jié)與展望 033
參考文獻(xiàn) 033
第2章  電極/溶液界面的電化學(xué)催化 040
2.1　反應(yīng)場(chǎng)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(yīng)過(guò)程：電極/溶液界面的反應(yīng)歷程 045
2.2.1　電極過(guò)程的速率控制步驟及其特點(diǎn) 046
2.2.2　電極過(guò)程的特征 047
2.3　影響電極/溶液界面電化學(xué)催化反應(yīng)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(xiàn) 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(yīng) 082
3.1.2　抗水淹傳質(zhì)通道的設(shè)計(jì)構(gòu)建 083
3.2 多孔氧還原催化劑的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 089
3.2.2 多孔氧還原催化劑的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(yīng)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(xiàn) 159
第4章  模擬與計(jì)算方法 178
4.1　模型構(gòu)建的理論基礎(chǔ) 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(jì)算模型的選擇 179
4.2　計(jì)算方法的理論基礎(chǔ) 181
4.2.1　薛定諤方程的簡(jiǎn)單描述 181
4.2.2　非相對(duì)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(jì)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(dòng)力學(xué)方法 190
4.2.7　量子力學(xué)/分子力學(xué)耦合方法 191
4.3　電子性質(zhì)的理論基礎(chǔ) 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(yīng)的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用 195
4.4.1　勢(shì)能面及其特征 195
4.4.2　吸附能 196
4.4.3　BEP關(guān)系在反應(yīng)中的應(yīng)用 198
4.4.4　電極電勢(shì)的模擬 198
4.5　總結(jié)與展望 203
參考文獻(xiàn) 203

第二篇  典型電極過(guò)程電催化
第5章  氧還原電催化過(guò)程 208
5.1  氧還原催化機(jī)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(guò)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(guò)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(xiàn) 254
第6章  氫氧化電化學(xué)催化 279
6.1　氫氧化機(jī)理 282
6.1.1　氫燃料電池中氫氧化機(jī)理 282
6.1.2　堿性介質(zhì)中的氫氧化機(jī)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(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)策略 311
6.3.1 氫氧化催化性能測(cè)試與評(píng)價(jià) 311
6.3.2 催化劑的設(shè)計(jì)策略 315
6.4　總結(jié)與展望 321
參考文獻(xiàn) 322
第7章  有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(xiàn) 357
第8章  有機(jī)電化學(xué)合成 366
8.1　電催化氧化 368
8.1.1　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)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(wèn)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(wèn)題 381
8.3.2　研究方面 382
8.4　幾種重要的工業(yè)有機(jī)電合成反應(yīng) 386
8.5　電化學(xué)合成反應(yīng)器 391
8.5.1　二維電合成反應(yīng)器 391
8.5.2　三維電合成反應(yīng)器 393
8.6 總結(jié)與展望 393
參考文獻(xiàn) 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(yīng)機(jī)理 400
9.1.3　不同介質(zhì)中的析氫反應(yīng) 403
9.1.4　析氫電催化劑研究進(jìn)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(jī)理的研究進(jìn)展 443
9.2.3　增強(qiáng)過(guò)渡金屬化合物析氧催化活性的策略 447
9.2.4　常用的過(guò)渡金屬化合物用作OER 催化劑 462
9.2.5　析氧催化劑失活機(jī)理的研究進(jìn)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(dòng)力學(xué)和熱力學(xué) 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(xiàn) 507
第10章 析氯電極與氯堿工業(yè) 560
10.1　鈦基金屬陽(yáng)極涂層的優(yōu)點(diǎn) 562
10.2　形穩(wěn)陽(yáng)極的作用機(jī)理 562
10.2.1　導(dǎo)電機(jī)理 563
10.2.2　析氯催化機(jī)理 563
10.2.3　失活機(jī)理 566
10.3　形穩(wěn)陽(yáng)極的設(shè)計(jì) 569
10.3.1　涂層組分的篩選 570
10.3.2　基體預(yù)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(guó)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(xiàn) 582

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