电催化

本书由电催化基础和重要电催化过程两部分组成。内容包括从纳米结构、表面结构、电子结构出发认识电催化过程和催化剂材料的性质，到电催化剂的理论设计、理论模拟和制备：从氢、氧及有机分子电催化基础，到燃料电池、太阳能电池、生物电化学乃至工业电化学过程等电催化应用。本书在内容的选择上，既注重基础知识和研究方法的介绍，同时又紧紧围绕前沿方向。本书既适合选择电催化、电化学、催化化学、表面科学、材料科学等学科作为研究方向的研究生，也适合从事电催化及相关领域科学研究和技术研发的科技工作者参考。

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
3.3.5Pt-Ru电催化协同效应的直接观测
3.3.6Pd-Au合金表面H吸附与CO吸附所需的最小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
4.1.3Marcus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
5.2.2DMFC阳极催化剂
5.2.3DFAFC阳极催化剂
5.2.4DEFC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
5.5.3CNTs
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
7.2Pt单质金属催化剂
7.2.1Pt单晶的晶面取向、阴离子吸附对氧还原性能的影响
7.2.2Pt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
7.4Pt及其合金的氧还原活性趋势的理论预期
7.5Pt基金属纳米催化剂
……