基本信息
书名:电化学丛书--电催化
:168.00元
作者:孙世刚
出版社:化学工业出版社
出版日期:2013-11-01
ISBN:9787122171832
字数:
页码:
版次:1
装帧:平装
开本:16开
商品重量:0.4kg
编辑推荐
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内容提要
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。
目录
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
5.5.3Ts
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
7.6ORR机理的研究进展
7.7总结与展望
参考文献
第8章 几种代氢燃料分子的直接电催化氧化
8.1硼氢化物的直接电催化氧化
8.1.1硼氢化物作为代氢阳极燃料的优势与问题
8.1.2不同金属上硼氢化物电氧化的基本行为
8.1.3BH-4在金属电极上的电氧化模型
8.1.4硼氢化物的直接电催化氧化小结
8.2氨的直接电催化氧化
8.2.1氨的直接电催化氧化概述
8.2.2氨在Pt及其合金上的电氧化行为
8.2.3氨在金属镍上的电氧化行为
8.3硼氮烷作为阳极燃料的电催化
8.3.1硼氮烷作为阳极燃料的电催化概述
8.3.2BH3NH3在Ag电极上的电氧化
8.3.3几种典型催化剂上硼氮烷的直接电氧化
8.3.4总结与展望
参考文献
第9章 有机小分子电催化
9.1概述
9.2CO的电催化氧化
9.2.1CO在金属表面的吸附
9.2.2CO在Pt表面电氧化
9.2.3纳米Pt表面CO的电氧化:尺寸及晶面效应
9.2.4Pt.Ru合金表面CO电氧化的“双功能机理”
9.2.5d带能级与表面偏析对电催化的影响
9.3甲醇的阳极氧化
9.3.1甲醇的电氧化机理
9.3.2甲醇电氧化催化剂的设计
9.4甲酸的电催化氧化
9.4.1Pt表面甲酸电氧化机理
9.4.2Pd表面甲酸电氧化
9.4.3甲酸电氧化催化剂的设计
9.5乙醇的电催化氧化
9.6碱性环境中C1小分子的电氧化
9.6.1碱性条件下CO电催化氧化
9.6.2碱性条件下甲醇的电催化氧化
9.7总结与展望
参考文献
第10章 酶电催化
10.1酶的基本结构与功能
10.1.1酶的基本概念
10.1.2酶的活性中心
10.1.3酶的一级结构与催化功能的关系
10.1.4酶的二级和三级结构与催化功能的关系
10.1.5酶的四级结构与催化功能的关系
10.2酶催化反应的一般理论
10.2.1酶催化反应理论
10.2.2酶催化反应的动力学
10.2.3酶催化反应的动力学参数的求取
10.3酶催化反应的电化学
10.3.1酶催化反应的电化学研究方法
10.3.2酶催化反应的电流理论
10.3.3酶在电极表面的固定
10.4酶催化电化学研究的几个重要例子
10.4.1葡萄糖氧化酶
10.4.2反丁烯二酸还原酶和丁二酸脱氢酶
10.4.3过氧化物酶
10.4.4钼氧转移酶
10.4.5细胞色素P450酶
10.4.6氢酶
10.4.7含铜氧化酶
10.5酶电化学催化的应用
10.5.1用于底物的定量测定
10.5.2用作生物燃料电池的电极催化剂
10.5.3电化学免疫分析
10.5.4DNA杂交检测
参考文献
第11章 光电催化
11.1概述
11.2光电催化原理
11.2.1太阳能光电催化原理
11.2.2环境光电催化原理
11.3光电催化剂与光电催化反应
11.3.1TiO2光电催化剂的制备
11.3.2提高TiO2光催化活性的途径
11.3.3WO3光电催化剂
11.3.4CdS光电催化剂
11.3.5ZnO光电催化剂
11.3.6新型配合物半导体光电催化剂
11.3.7具有光电催化功能的聚合物纳米复合材料
11.3.8光电催化剂的表征
11.3.9光电催化反应
11.4重要的光电催化过程及应用
11.4.1光电催化电解水制氢
11.4.2光电催化对典型有机污染物的降解
11.5光电催化的研究方法
11.5.1光催化研究过程的分析方法
11.5.2光电催化的动力学研究
11.5.3光电化学研究方法
参考文献
第12章 燃料电池电催化
12.1燃料电池的分类和性能
12.1.1燃料电池分类
12.1.2燃料电池性能
12.2燃料电池电催化
12.2.1催化剂概述
12.2.2电催化反应特点
12.2.3催化剂的表征方法
12.2.4催化剂的结构组成
12.2.5催化剂的电催化性能
12.2.6催化剂的耐久性
12.3总结与展望
参考文献
第13章 工业过程电催化
13.1氯碱工业过程电催化
13.1.1氯碱工业概述
13.1.2氯碱电解槽的析氯阳极电催化
13.1.3氯碱电解槽的析氢阴极电催化
13.2湿法冶金工业电积过程电催化
13.2.1湿法冶金工业概述
13.2.2氯化物水溶液中Ni、Co电积过程电催化
13.2.3溶液中Ni电积过程电催化
13.2.4溶液Zn电积过程电催化
13.3熔盐铝电解过程电催化
13.3.1熔盐铝电解工业概述
13.3.2碳素阳极的掺杂电催化
13.3.3碳素阳极掺杂电催化机理
13.3.4锂盐阳极糊及其工业应用
13.3.5预焙阳极的掺杂电催化与综合改性
参考文献
索引
作者介绍
文摘
序言
在我看来,《电化学丛书——电催化》不仅仅是一本学术著作,更是一本能够激发创新思维的宝典。我时常感到,科学研究的突破往往来自于对现有理论的质疑和对新思路的探索。这本书在这方面做得非常出色。它并没有将现有的电催化体系奉为圭臬,而是鼓励读者去思考“还有哪些可能性”。例如,在讨论催化剂的“纳米化”和“多相化”时,作者不仅总结了这些策略的优势,还指出了它们可能面临的挑战,比如纳米颗粒的团聚、多相界面的稳定性等,并提出了相应的解决方案。这一点让我受益匪浅,它提醒我,任何一种研究方向都不是完美的,都需要我们辩证地看待,并努力去克服其中的不足。书中还专门辟出章节讨论了“电催化在生物体系中的应用”,例如生物传感器、生物燃料电池等,这对我来说是一个全新的领域,也为我打开了新的研究思路。作者在这一部分介绍了如何将电化学原理与生物分子相互作用相结合,来实现高灵敏度和高选择性的检测。这种跨学科的融合,正是未来科学发展的重要趋势,而这本书无疑为我提供了初步的知识储备和研究方向。
评分《电化学丛书——电催化》这部书,给我最大的感受是其内容的“系统性”和“前瞻性”。我过去在接触电化学相关知识时,常常会感觉知识点零散,缺乏一个清晰的脉络。这本书则不同,它从电化学的基本原理出发,逐步深入到电催化材料的设计、机理分析、性能表征以及应用前景,形成了一个完整的知识体系。尤其令我印象深刻的是,书中对“可持续电催化”的讨论。作者不仅强调了使用环境友好型材料和工艺的重要性,还深入探讨了如何利用可再生能源驱动电化学过程,以及如何通过电催化实现碳资源的循环利用。这与我当前的研究方向高度契合,也让我看到了电化学在解决全球性环境问题中的巨大潜力。书中还对未来电催化技术的发展趋势进行了预测,例如对人工智能在催化剂设计和性能优化中的应用、对微流控技术在电催化过程中的集成等,这些都为我未来的研究规划提供了宝贵的参考。它让我认识到,科学研究并非一成不变,而是需要我们时刻关注最前沿的技术动态,并敢于将新的理念融入到我们的研究中。
评分这部《电化学丛书——电催化》的出现,无疑给在电催化领域苦苦探索的研究者们带来了一缕曙光,也为那些渴望深入了解这一前沿科学的学者们提供了一个坚实的平台。我本人就曾多次在实验中遇到瓶颈,对于催化剂的设计、机理的解析以及性能的优化,常常感到力不从心。然而,在翻阅这本书的早期章节时,我立刻被其中系统而深入的理论阐述所吸引。作者并没有简单地罗列现有的催化剂种类,而是从电化学的基本原理出发,层层递进地剖析了电催化过程中的电子转移、电荷重组、吸附-解吸等关键步骤。尤其是关于双电层结构对催化活性的影响,以及不同电解质体系如何塑造催化界面,这些内容都给我带来了全新的视角。我过去往往局限于宏观的性能指标,而这本书则让我意识到了微观界面行为的重要性。比如,书中对于活性位点的识别和表征方法的介绍,远比我之前接触到的要细致得多,从扫描隧道显微镜(STM)到X射线光电子能谱(XPS),作者都详细讲解了它们在理解催化机理中的作用,并且还结合了大量具体的实验案例,让抽象的理论变得触手可及。这种严谨的学术态度和详实的资料汇编,充分体现了作者在电化学和电催化领域的深厚造诣。我曾一度认为,电催化研究过于依赖经验和试错,但这本书证明了,坚实的理论基础是实现突破性进展的基石。它不仅教会我“怎么做”,更重要的是教会我“为什么这么做”,这种对根本原理的深刻理解,是任何实验室的经验都难以替代的。
评分《电化学丛书——电催化》这部著作,给我的感觉就像一位经验丰富的老教授,循循善诱地将复杂的科学问题一一解构。我之前在阅读一些文献时,常常会对某些实验现象感到困惑,无法从根本上理解其背后的电化学机理。然而,通过这本书,我得到了很多解答。书中对于电催化反应动力学,特别是如何通过 Tafel 斜率、交换电流密度等参数来评估催化剂性能并解析反应机理,进行了非常详细的讲解。作者不仅给出了计算公式,还结合实际的谱学数据,演示了如何一步步地进行分析。我记得有一章专门讨论了“选择性”在电催化中的重要性,这一点对我触动很大。在很多应用场景下,我们不仅需要高效的催化剂,更需要能够精准控制反应朝着我们期望的方向进行的催化剂。这本书就提供了关于如何通过调控电极电势、电解质成分、反应物浓度等多种因素,来优化催化剂的选择性,这对于我今后的研究方向具有重要的指导意义。此外,书中对催化剂稳定性的讨论也十分深入,它不仅仅是关注短期性能,而是深入分析了催化剂在长期运行中可能遇到的各种衰减机制,例如晶体结构重构、活性物种溶出、表面钝化等,并提出了相应的解决策略。这种对全局的考量,让我对电催化剂的研发有了更全面、更深刻的认识。
评分这部《电化学丛书——电催化》是一本非常“实用”的书。我过去在实验室里,经常会遇到一些实验操作上的问题,比如如何精确地控制电极电势,如何制备高质量的电极,以及如何进行有效的电化学测量。书中在这方面提供了非常详细的指导。例如,在关于电极制备的章节,作者不仅介绍了不同基底材料的选择和预处理方法,还详细讲解了如何使用各种先进的沉积技术(如溶胶-凝胶法、电化学沉积法、原子层沉积法等)来制备不同形貌和结构的催化剂薄膜。此外,在电化学测量部分,作者还对各种测量技术(如循环伏安法、计时电流法、计时电位法等)的原理、操作步骤以及数据分析方法进行了深入的阐述,并提供了大量的实例。我曾经在进行循环伏安法测量时,由于对参数设置不熟悉,得到的谱图总是难以解读,而这本书则让我学会了如何根据不同的研究目的,合理地选择和调整测量参数,从而获得更具信息量的实验数据。这种对实验细节的关注,对于像我这样的基层研究人员来说,具有非常重要的指导意义。
评分在研读《电化学丛书——电催化》的过程中,我最深的体会莫过于其内容的广度和深度。这本书不仅仅停留在对某一特定电催化反应(如氧还原反应OER或析氢反应HER)的细致讨论,而是更广泛地涵盖了多种重要的电化学过程。从能源转化领域,如燃料电池和电解水制氢,到环境保护领域,如电化学污染物降解,再到工业生产中的电合成,本书都给予了充分的关注。我尤其对其中关于新型电催化材料的设计策略的章节印象深刻。作者不仅回顾了传统的金属和金属氧化物催化剂,还深入探讨了近年来备受瞩目的碳基材料、金属有机框架(MOFs)以及二维材料在电催化中的应用。书中对于如何通过调控材料的形貌、组成、缺陷以及电子结构来增强其催化活性和稳定性,提供了非常清晰的指导。例如,关于如何利用缺陷工程来创造更多的活性位点,以及如何通过异质结构建来促进电荷分离,这些章节的论述既有理论上的严谨性,又有实践上的可操作性。我曾经在尝试设计一种新的纳米催化剂时,感到无从下手,而这本书中的相关内容,如同为我点亮了一盏指路明灯,提供了多种切实可行且富有创新性的思路。它让我认识到,材料的设计并非漫无目的的尝试,而是一个有理可循、有章可循的系统工程。
评分《电化学丛书——电催化》这部著作,就像一张详细的藏宝图,为我指引了通往电催化研究宝藏的方向。我曾经对电化学领域的一些基本概念,比如法拉第过程、非活性的表面反应等,理解得不够透彻。这本书从最基础的电化学理论出发,对这些概念进行了清晰的阐释,并且将这些理论巧妙地融入到对电催化反应机理的讨论中。我尤其欣赏书中关于“电化学阻抗谱”(EIS)在电催化研究中的应用部分的介绍。作者详细讲解了如何通过分析阻抗谱中的不同谱带,来评估电荷转移电阻、表面扩散电阻以及双电层电容等关键参数,并将其与催化剂的结构和性能联系起来。我过去在进行EIS测试时,常常只能得到一些数据,却无法真正解读出有价值的信息,而这本书则让我学会了如何“读懂”阻抗谱,并从中提取出关于催化剂性能的关键证据。此外,书中还对不同类型的电化学反应,如氧化还原反应、配位反应等,在电催化过程中的特点进行了细致的区分和讲解,这对于我理解和设计特定反应的催化剂非常有帮助。我之前总是将各种反应混为一谈,而这本书让我意识到了不同反应在微观层面的巨大差异,以及如何在设计催化剂时针对性地予以考虑。
评分《电化学丛书——电催化》这部书,给我最直观的感受就是其“内容的全面性”和“图文并茂”。我之前也阅读过一些电化学方面的书籍,但往往侧重于某一特定方向,而这本书则涵盖了电催化领域几乎所有的重要方面。从基础理论,到材料设计,到机理研究,再到应用前景,几乎面面俱到。而且,书中大量的插图和图表,生动形象地展示了各种电化学过程、催化剂结构以及实验装置,这大大增强了我的理解能力。例如,书中关于电催化反应机理的插图,将复杂的电子转移和分子吸附过程可视化,让我能够更直观地把握关键步骤。我还特别喜欢书中关于“催化剂表征方法”的介绍,它详细列举了各种谱学、显微学以及电化学分析技术,并配以典型的谱图或图像,让我能够快速地了解每种方法的优缺点以及适用范围。我曾经在选择合适的表征手段时感到迷茫,而这本书则为我提供了一个清晰的参考框架。这种全面且可视化的呈现方式,使得这本书不仅适合资深研究者,也对初学者非常友好。
评分这部《电化学丛书——电催化》是一本真正能够引导读者思考的书。我之前读过的许多关于电催化剂的材料,往往只是罗列了各种性能优异的催化剂,但却没有深入挖掘其成功背后的原因。这本书则不同,它更注重的是“为什么”。比如,在介绍金属单原子催化剂时,作者并没有仅仅停留在“单原子分散度高”这一描述上,而是深入探讨了单原子与载体之间的相互作用,以及这种相互作用如何影响了电子结构和吸附能,从而最终提升了催化活性和选择性。我曾经在实验中遇到过类似的优化问题,总是难以找到突破口,而这本书的深入分析,让我恍然大悟。书中还花了相当大的篇幅来讨论“理论计算”在电催化研究中的作用,从密度泛函理论(DFT)计算的原理,到如何利用计算结果预测催化活性位点、能垒以及反应路径,这些内容对我这样的实验研究者来说,非常有启发性。它让我明白,理论计算并非高高在上的概念,而是能够与实验紧密结合,相互印证,共同推动研究进展的重要工具。作者在书中列举了大量的计算模拟结果与实验数据进行对比,这种严谨的交叉验证,极大地增强了我对书中内容的信任度,也为我日后开展计算与实验结合的研究提供了宝贵的经验。
评分这部《电化学丛书——电催化》给我带来的最大启发在于,它让我认识到“跨学科合作”在电催化研究中的重要性。我之前一直认为,电化学就是电化学,材料就是材料,彼此之间界限分明。然而,通过阅读这本书,我发现,真正突破性的电催化研究,往往是电化学、材料科学、物理学、化学、甚至生物学等多学科交叉融合的产物。例如,书中在讨论如何设计高性能催化剂时,就大量地借鉴了物理学中的量子力学原理,来解释材料的电子结构和催化活性之间的关系。在讨论电催化在生物传感领域的应用时,则深入探讨了生物分子与电极表面的相互作用机理。作者在书中还鼓励我们积极与不同领域的专家进行合作,共同解决复杂的研究难题。这一点对我启发很大,它让我意识到,我不能仅仅局限于自己的专业领域,而应该拓宽视野,积极寻求与其他学科的交流与合作,这样才能在激烈的科学竞争中取得更大的进展。这本书让我看到了一个更加广阔的研究前景,也为我今后的科研道路指明了方向。
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