多孔材料电化学 [Electrochemistry of Porous Materials] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[西] 安托尼奥 著，穆道斌，吴伯荣，吴锋 译

图书标签:

• 多孔材料
• 电化学
• 能源存储
• 催化
• 传感器
• 材料科学
• 纳米材料
• 电极材料
• 界面电化学
• 储能材料

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030572547

版次：1

商品编码：12368532

包装：平装

外文名称：Electrochemistry of Porous Materials

开本：16开

出版时间：2018-05-01

用纸：胶版纸

页数：278

字数：360000

正文语种：中文

内容简介

　　《多孔材料电化学》主要涉及多孔材料中的电化学研究及应用，目的是提供多孔材料的电化学研究手段，结合理论模型分析多孔材料的氧化还原过程及其电化学应用。作者围绕多孔材料电化学的主题，对不同体系，结合多孔材料特征与电化学行为，进行了详细的描述，并综述了相关研究进展。内容包括多孔材料的电化学过程及研究方法、典型多孔材料体系的电化学研究及进展、多孔材料的电化学应用等几部分。
　　《多孔材料电化学》是一部全面阐述多孔材料电化学的专著，致力于使从事材料化学研究的研究人员认知电化学，同时也希望能够为电化学工作者介绍多孔材料化学知识，对相关研究领域研究生及研究人员来说是一本价值很高的专业参考资料。

内页插图

目录

第1章 多孔材料与电化学
1．1 多孔材料的概念及分类
1．2 混合多孔材料
1．3 电化学和多孔材料
1．4 多孔材料合成
1．5 材料改性电极
1．6 电极改性材料
1．7 电化学的常规思路
1．8 扩散相关的问题
1．9 伏安法和相关技术
1．10 电阻和电容效应
1．11 电化学阻抗图谱
1．12 其他技术

第2章 多孔材料的电化学过程
2．1 引言
2．2 常规方法
2．3 连续层
2．4 微观非均匀相沉积物
2．5 物质分布
2．6 修正
2．7 分形表面

第3章 电催化
3．1 引言
3．2 表面限定物质的电催化
3．3 多孔材料微观颗粒沉积物的电催化
3．4 多孔材料微观异相沉积物的电催化模型：稳态法
3．5 多孔材料微观异相沉积物的电催化模型：暂态法
3．6 电催化机理

第4章 硅酸铝的电化学
4．1 引言
4．2 沸石
4．3 沸石相关物质的电化学
4．4 拓扑结构的氧化还原异构体
4．5 物质分布
4．6 介孔材料
4．7 相关材料的电化学
4．8 形态分析：玛雅蓝问题

第5章 金属有机骨架材料的电化学
5．1 引言
5．2 MOFs的离子插入一驱动电化学过程
5．3 MOFs材料的金属沉积电化学
5．4 传感与电催化

第6章 多孔氧化物及其相关材料的电化学
6．1 引言
6．2 金属氧化物及羟基氧化物的电化学
6．3 层状氢氧化物及相关材料的电化学
6．4 POMs的电化学
6．5 掺杂材料的电化学
6．6 多孔阳极化金属氧化物膜
6．7 金属氧化物及相关材料的电催化
6．8 特征位点的电化学

第7章 多孔碳和纳米管的电化学
7．1 碳基电化学材料
7．2 多孔碳
7．3 碳纳米管和纳米带
7．4 富勒烯
7．5 富勒烯和纳米管的直接电化学合成
7．6 电容响应
7．7 碳的功能化
7．8 电催化活性

第8章 多孔聚合物和杂化材料的电化学
8．1 有机一无机杂化材料和纳米复合材料
8．2 多孔聚合物
8．3 基于导电有机聚合物改性的杂化材料-
8．4 基于导电聚合物改性的杂化材料
8．5 杂化体系中聚合过程的电化学监测
8．6 多孔固体中金属和金属氧化物纳米颗粒的分散

第9章 电化学传感器与多孔材料
9．1 电化学传感器
9．2 多孔材料的气体传感器
9．3 固态pH和离子选择性电极
9．4 电流传感
9．5 伏安传感与选择性
9．6 对映选择性电化学传感器
9．7 电子体系中的电化学模型

第10章 超级电容器、电池、燃料电池及相关应用
10．1 电能的储存和转换
10．2 电容器和超级电容器
10．3 镍电池
10．4 锂电池
10．5 燃料电池
10．6 电共生

第11章 多孔材料的磁电化学和光电化学
11．1 磁电化学
11．2 光电化学
11．3 光能和氧化还原过程
11．4 光电化学电池
11．5 电化学诱导发光和电致变色材料
11．6 电催化过程的光化学调制

第12章 用于电合成和环境整治的微孔材料
12．1 电合成
12．2 涉及多孔电极的电解工艺
12．3 电催化过程
12．4 析氧反应
12．5 析氢反应
12．6 乙醇电催化氧化
12．7 污染物的电化学降解
12．8 降解／生成
12．9 光电化学降解

参考文献

多孔材料电化学：跨越材料科学与能源转化的前沿探索 在当今科技飞速发展的时代，材料科学的创新是推动能源、环境、生物医学等诸多领域进步的基石。而多孔材料，以其独特的结构优势和广泛的应用潜力，正成为材料科学研究的热点。它们如同天然的分子筛网，在微观尺度上构建出丰富的孔隙网络，赋予了材料卓越的比表面积、优异的吸附能力、可控的扩散通道以及独特的催化活性。当这些材料与电化学这一强大的研究工具相结合时，便催生出了一片充满无限可能的前沿领域——多孔材料电化学。 本书并非简单地罗列已知信息，而是旨在深入探讨多孔材料在电化学体系中所扮演的关键角色，以及如何通过精准调控其微观结构来优化电化学性能。我们不仅仅关注材料本身，更着眼于其在电化学过程中的动态行为和作用机制。从基础的电荷转移理论，到复杂的离子传输动力学，再到多相催化反应的机理，本书将带领读者系统地理解多孔材料在电化学应用中的精妙之处。 一、 多孔材料的结构多样性与电化学意义 多孔材料的魅力在于其令人惊叹的结构多样性。本书将首先梳理各类经典与新兴的多孔材料，包括但不限于： 无机多孔材料： 如沸石、介孔二氧化硅（如MCM-41, SBA-15）、金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、多孔氧化物（如TiO2、ZnO）、碳材料（如活性炭、碳纳米管、石墨烯气凝胶）等。我们将详细分析它们的孔径分布、孔隙形状、孔壁厚度、骨架元素组成以及表面官能团等特征，并阐释这些结构参数如何直接影响到电化学反应的活性位点密度、电荷传输路径、反应物/产物的扩散速率以及电解质离子的可及性。 有机多孔材料： 聚合物微球、多孔有机聚合物等。它们的柔韧性和可设计性为电化学应用提供了新的思路。 复合多孔材料： 将不同种类的多孔材料进行复合，或者将多孔材料与纳米颗粒、导电聚合物等进行结合，以期产生协同效应，突破单一材料的局限。 二、 电化学在多孔材料表征与性能评估中的核心作用 电化学技术是理解多孔材料行为的强大工具。本书将重点介绍如何利用各种电化学方法来深入研究多孔材料的特性： 循环伏安法（CV）： 用于研究多孔材料的氧化还原行为、电荷转移动力学以及分析电化学反应的可逆性。通过分析CV曲线的峰电流、峰电位和峰宽，可以推断出材料的电化学活性和表面积。 计时电流法（Chronoamperometry/Chronopotentiometry）： 用于测量电荷转移速率、扩散系数和电容等动态参数。 电化学阻抗谱（EIS）： 揭示电化学体系的界面阻抗、体相阻抗以及电荷转移电阻等关键信息，对于理解多孔材料的电化学反应过程、电荷传输效率和离子传导性至关重要。 开路电压衰减法（OCVD）： 用于研究电化学电容器的能量存储机制。 恒流充放电法（GCD）： 是评估电池和超级电容器能量密度、功率密度和循环稳定性的基本方法。 我们将详细解析这些技术的原理，以及如何针对多孔材料的特点设计实验方案，获取准确可靠的数据。 三、 多孔材料在关键电化学应用中的突破性进展 本书的核心在于展示多孔材料如何在各种重要的电化学应用中发挥不可替代的作用，并探讨未来的发展趋势： 能源存储： 锂离子电池/钠离子电池： 多孔材料作为电极材料，其巨大的比表面积和开放的孔道结构能够提供更多的活性位点，促进锂/钠离子的快速嵌入/脱出，并有效缩短离子扩散路径，显著提升电池的倍率性能和循环稳定性。例如，多孔碳材料因其优异的导电性和高比表面积，是理想的锂/钠离子电池负极材料。多孔金属氧化物和MOFs衍生的碳材料，也能为离子储存提供独特的通道。 超级电容器： 多孔碳材料，特别是具有微孔、介孔和大孔协同结构的碳材料，能够显著提高电荷存储能力（赝电容和双电层电容），延长离子在电极材料内部的扩散距离，提高功率密度。介孔材料的均一孔道结构也为离子快速传输提供了高效通道。 金属-空气电池： 多孔材料作为催化剂载体或直接作为催化剂，能够促进氧还原反应（ORR）和氧析出反应（OER），提高电池的能量密度和循环寿命。 电催化： 燃料电池： 多孔材料作为载体，能够将催化剂（如Pt、Pd等贵金属纳米颗粒）高分散地负载于其表面，提高催化剂的利用率，降低成本。同时，多孔结构也能促进反应物（如H2、O2）在催化剂表面的传输，提高催化活性。 电解水制氢/制氧： 多孔金属氧化物、MOFs衍生的碳材料以及金属纳米颗粒负载的多孔材料，展现出优异的析氢（HER）和析氧（OER）催化活性，是实现高效电解水制氢的关键。 二氧化碳还原（CO2RR）： 多孔材料为CO2分子的吸附和活化提供了优越的环境，能够提高CO2RR的转化效率和选择性。 电化学传感： 多孔材料的高比表面积可以负载更多的识别分子或纳米颗粒，提高传感器的灵敏度和选择性。其独特的孔道结构也可以作为微反应器，加速待测物的扩散和反应。 电化学分离与纯化： 多孔材料在电化学膜、电化学萃取等领域，利用其选择性的孔道结构和表面性质，实现特定离子的分离或污染物 Removal。 四、 设计与制备多孔材料的策略 本书还将探讨如何巧妙地设计和制备具有特定结构和功能的电化学多孔材料： 模板法： 利用硬模板（如SiO2、聚苯乙烯微球）或软模板（如表面活性剂、嵌段共聚物、MOFs）来构筑有序的多孔结构。 自组装法： 利用分子间的相互作用力，使材料自发形成有序的多孔结构。 溶胶-凝胶法： 常用于制备介孔氧化物。 水热/溶剂热法： 用于合成MOFs、COFs等材料。 碳化法： 将含碳前驱体（如MOFs、聚合物）在高温下进行碳化，获得具有特定孔结构的碳材料。 功能化改性： 通过化学键合、表面吸附等方式，在多孔材料表面引入特定的官能团或纳米材料，赋予其新的电化学功能。 五、 未来展望与挑战 最后，本书将对多孔材料电化学领域的未来发展方向进行展望，并指出当前面临的挑战： 理论计算与实验相结合： 利用密度泛函理论（DFT）等计算方法，预测材料的电化学性能，指导实验设计。 原位（In-situ）/准原位（Operando）表征技术： 深入理解材料在实际电化学工作状态下的结构变化和反应机理。 规模化制备与产业化应用： 开发高效、低成本的制备方法，推动多孔材料在能源、环境等领域的广泛应用。 多功能一体化材料设计： 结合不同功能单元，设计出集高效储能、催化、传感等多种功能于一体的智能多孔材料。 环境可持续性： 关注绿色化学和可持续发展的理念，开发环境友好的多孔材料制备和应用技术。 本书的目标是为材料科学家、化学工程师、能源研究人员以及相关领域的学生提供一个全面、深入的学习平台，激发他们对多孔材料电化学领域的兴趣，并为推动该领域的发展贡献力量。通过本书，读者将能够深刻理解多孔材料的结构-性能关系，掌握分析和设计新型多孔电化学材料的关键技术，从而在未来的研究和应用中取得突破。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受是其内容的广度和深度都达到了相当高的水平。从基础的电化学原理，到各种复杂的多孔材料的结构特点，再到它们在各种电化学器件中的具体应用，作者都进行了详细而系统地阐述。我特别喜欢书中关于“多孔材料在电化学储能中的挑战与机遇”这一部分的论述。他并没有回避当前技术面临的困难，例如能量密度瓶颈、功率密度限制、循环寿命衰减、安全性问题等，而是深入分析了这些挑战的根源，并提出了切实可行的解决方案。例如，他详细探讨了如何通过优化电解质、设计新型集流体、开发三维多孔电极结构等方式来提升器件性能。书中对于不同类型多孔材料在不同储能体系（如锂离子电池、钠离子电池、固态电池、液流电池）中的优势和劣势的对比分析，也为我选择合适的材料体系提供了重要的参考依据。此外，书中对于“绿色电化学”的倡导和相关研究的介绍，也体现了作者的社会责任感和对可持续发展的关注。

评分☆☆☆☆☆

总的来说，这是一本内容丰富、结构清晰、论述严谨的学术著作。作者对多孔材料电化学领域的深刻理解和独到见解，以及对前沿研究的敏锐洞察力，都体现在这本书的字里行间。我特别注意到作者在讨论“多孔材料的安全性与稳定性”时，所表现出的审慎和负责的态度。他详细分析了材料在实际应用中可能遇到的安全隐患，例如热失控、易燃性、毒性等，并提出了一些提高材料安全性和稳定性的策略，例如开发阻燃材料、优化界面设计、引入保护涂层等。他还强调了对材料进行严格的性能评估和寿命预测的重要性，以确保其在实际应用中的可靠性。书中对于“多孔材料在下一代电化学能源技术中的发展前景”的展望，更是让我对未来充满了期待。作者预测了固态电池、金属空气电池、以及新型催化剂等技术在多孔材料的推动下将取得的突破性进展。这本书无疑是多孔材料电化学领域一本里程碑式的著作，值得每一位相关研究者认真研读。

评分☆☆☆☆☆

当我深入阅读这本书时，我越发感受到作者对多孔材料电化学领域深厚的理解和独到的见解。他不仅梳理了该领域的研究现状，更重要的是，他提出了许多具有创新性的观点和研究方向。在“多孔材料在电催化中的作用”这一章节，作者详细阐述了多孔结构如何通过增加活性位点、优化传质传热、以及调控电子/离子导电性来提升催化效率和稳定性。他对于不同类型催化反应（如析氢反应、析氧反应、二氧化碳还原反应等）所适用的多孔材料的分析，为我从事相关研究提供了宝贵的启示。书中对于“计算模拟在多孔材料电化学研究中的应用”的介绍，也让我看到了跨学科研究的巨大潜力。作者详细介绍了第一性原理计算、分子动力学模拟、有限元分析等计算方法如何帮助我们理解材料的微观结构、预测其电化学性能、以及指导材料的设计。他特别强调了计算模拟与实验研究相结合的重要性，这种“理论指导实验，实验验证理论”的研究模式，是推动科学进步的有效途径。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一位在电化学领域摸爬滚打多年的研究者来说，这本书带来的启发远不止于理论知识的补充。它更像是一面镜子，让我审视自己过去的研究方法和思路，并从中发现潜在的不足和新的可能性。作者在撰写过程中，显然花费了大量心思去整合不同学科的研究成果，例如将纳米材料的制备技术、表面科学的理论、以及计算模拟的方法与电化学原理有机地结合起来。我尤其对其中关于“电化学界面”的章节印象深刻。作者深入剖析了固-液、固-固界面的电荷转移、离子传输以及副反应的发生机制，并提出了多种表征和调控界面性能的策略。这对于解决许多电化学器件的瓶颈问题，例如界面电阻过高、寿命衰减等，具有极其重要的指导意义。书中对于“原位/原位电化学表征技术”的详尽介绍，例如原位X射线衍射、原位拉曼光谱、原位透射电子显微镜等，让我看到了理解电化学反应动态过程的强大工具。这些技术能够实时监测电极材料在工作状态下的结构和化学变化，从而揭示反应机理。这本书的内容具有很强的前瞻性，很多讨论的课题都是当前研究的热点，也预示着未来电化学材料领域的发展方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排非常合理，逻辑清晰，条理分明。每个章节都围绕一个特定的主题展开，并且层层递进，从基础理论到具体应用，再到前沿展望，都安排得恰到好处。我尤其欣赏作者对于“多孔材料的孔隙结构调控与性能优化”的深入分析。他详细介绍了多种调控多孔材料孔隙结构的方法，例如模板法、溶剂热法、自组装法等，并分析了不同制备方法对所得材料孔径、形貌、表面性质等的影响。他还深入探讨了如何通过优化制备参数来获得具有特定孔隙结构的材料，以满足不同的电化学应用需求。书中对于“多孔材料在电化学能量存储和转换中的协同效应”的探讨，也让我耳目一新。作者强调了不同组分、不同孔结构、不同界面之间的协同作用，可以带来远超单一组分材料的性能提升。他提出了“多功能集成设计”的概念，鼓励将多种优良性能的材料或结构进行复合，以实现高性能的电化学器件。

评分☆☆☆☆☆

从内容层面来看，这本书在材料的选择和案例的呈现上都显得十分具有代表性。作者选择了当前研究最活跃、应用最广泛的几类多孔材料，如金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、多孔碳材料、多孔氧化物、多孔金属等，并对其在电化学领域的应用进行了深入的介绍。我特别关注书中关于“多孔材料在电化学传感器中的应用”的部分。作者详细阐述了多孔结构如何通过增加表面积、提高吸附能力、以及提供丰富的电化学活性位点，来增强传感器的灵敏度和选择性。他列举了多种多孔材料在检测气体、离子、生物分子等方面的成功案例，并分析了这些传感器的工作原理和优缺点。书中对于“多孔材料的表面修饰与功能化”的讨论，也为我提供了一个新的思路。通过在多孔材料表面引入特定的官能团、纳米粒子或其他功能组分，可以显著改善其电化学性能，例如提高导电性、增强催化活性、或调控表面润湿性等。

评分☆☆☆☆☆

从一个对材料科学和电化学都有一定了解的读者的角度来看，这本书的价值体现在其对细节的极致追求和对概念的清晰梳理。作者在介绍多孔材料的结构-性能关系时，丝毫没有含糊其辞。他深入浅出地解释了孔径分布、比表面积、孔隙率、连通性等关键参数如何直接影响材料的电化学行为，比如离子扩散速率、赝电容贡献、氧化还原反应活性等。我非常欣赏他对于不同孔结构（如微孔、介孔、大孔）在电化学过程中所扮演角色的区分，这对于理解和设计高性能的电化学器件至关重要。书中关于电极材料设计原则的部分，更是让我眼前一亮。作者结合了热力学和动力学原理，详细讲解了如何通过调控材料的组分、形貌、晶面取向以及与其他功能组分的协同作用，来优化电荷存储能力、催化活性以及稳定性。他提出的“多尺度协同设计”理念，强调了从原子尺度到宏观尺度的统一考量，为开发下一代先进电化学材料提供了宝贵的指导。此外，书中对各种电化学应用场景的深入探讨，如锂离子电池、超级电容器、燃料电池、电催化、电化学传感器等，都给出了扎实的理论基础和前沿的研究进展，这对于希望将基础研究成果转化为实际应用的科研人员来说，无疑是一本不可多得的参考书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，无疑为多孔材料电化学领域的研究人员提供了一份珍贵的学术资源。作者以其渊博的学识和严谨的态度，系统地梳理了该领域的知识体系，并对未来的发展趋势做出了 insightful 的展望。我印象深刻的是书中关于“多孔材料在生物电化学中的应用”的章节。作者详细介绍了多孔材料在生物传感器、生物催化、药物递送、以及人工器官等方面的潜在应用。他强调了生物相容性、生物活性以及与生物分子相互作用的重要性，并提出了一些挑战和解决方案。书中对于“多孔材料在环境电化学中的应用”的讨论，也让我看到了该领域更广阔的应用前景。作者介绍了多孔材料在水处理、空气净化、以及能源回收等方面的应用，并分析了其环境效益和经济可行性。这本书的内容具有很强的指导意义，能够帮助科研人员更好地把握研究方向，解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁而引人注目，深邃的蓝色背景上，几个细致描绘的多孔结构图案若隐若现，给人一种科学严谨又充满想象的空间感。当我翻开第一页，就被作者的引言深深吸引。他没有直接陷入枯燥的理论陈述，而是以一种讲述故事的口吻，娓娓道来多孔材料在现代科学技术中所扮演的愈发重要的角色，以及电化学手段如何成为揭示和驾驭这些材料内在奥秘的强大钥匙。他巧妙地将历史的脉络、技术的演进以及前沿的研究动态融入其中，让我仿佛置身于一个宏大的科学画卷之中。书中不仅涵盖了多孔材料的基本概念、分类和制备方法，还深入剖析了不同类型多孔材料（如金属有机框架、多孔碳、多孔氧化物等）在电化学领域的独特性能和应用潜力。我特别惊喜于作者对于不同电化学表征技术（如循环伏安法、电化学阻抗谱、计时电流法等）在研究多孔材料时如何发挥作用的详尽阐述。他通过大量的实例，展示了这些技术如何帮助我们理解材料的电荷传输机制、界面反应动力学以及储能放电过程中的复杂现象。阅读过程中，我常常会停下来，思考书中提出的问题，并试图将其与我所熟悉的领域联系起来，这种互动式的阅读体验让我受益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常独特，既有学术的严谨性，又不失文学的流畅性。作者善于运用类比和生动的语言来解释复杂的科学概念，使得即使是初学者也能轻松理解。例如，在描述多孔材料的扩散通道时，他将其比作人体内的血管网络，形象地解释了孔道结构对物质传输效率的影响。在介绍电化学反应动力学时，他通过对化学反应速率方程的深入剖析，清晰地阐明了电荷转移、物质扩散等因素如何共同决定反应的整体速率。我非常欣赏作者在章节之间过渡的自然和连贯。他能够巧妙地将不同章节的内容联系起来，形成一个有机整体，避免了知识点的零散感。书中穿插的示意图和实验数据图表，都经过精心设计，不仅美观，而且信息量大，能够直观地展示理论概念和实验结果。我对书中关于“多孔材料的失效机制与寿命预测”的讨论尤其感兴趣。作者详细分析了导致电极材料失效的多种因素，例如体积膨胀/收缩、析锂、相变、电解液分解等，并介绍了多种预测材料寿命的方法，这对于延长电化学器件的使用寿命至关重要。