內容簡介
《CO2電催化轉化：理論方法與研究進展》繫統地介紹了二氧化碳電催化轉化的理論方法與前沿研究進展：從交換關聯泛函的選取到電催化中的熱力學模型、過渡態搜索、微動力學模擬和機器學習；從超堿原子團簇、超鹵原子團簇和電子化合物對CO2的活化到金屬電極、多相催化劑、單原子催化劑和拓撲量子材料對CO2的催化轉化；從標度關繫到副反應抑制；從單碳產物到多碳產物，多個領域交叉融合。
目錄
目錄
序
前言
第1章 引言 1
1.1 CO2的排放與消耗概況 1
1.2 CO2的物理化學特性 3
1.3 CO2的活化 5
1.3.1 基本活化方式及沃爾什圖 6
1.3.2 超堿原子團簇對CO2的活化 11
1.3.3 超鹵原子團簇對CO2的活化 13
1.3.4 電子陰離子化合物對CO2的活化 13
1.4 CO2電催化還原概況 15
1.5 CO2電催化還原的基本步驟和影響因素 17
參考文獻 18
第2章 理論計算方法 20
2.1 性原理計算 20
2.1.1 Born-Oppenheimer近似 20
2.1.2 密度泛函理論 21
2.1.3 交換關聯能量泛函近似 22
2.2 密度泛函理論的計算誤差 24
2.2.1 方法誤差 24
2.2.2 模型誤差 27
2.3 電催化中的熱力學理論 29
2.3.1 計算氫電極模型 29
2.3.2 質子-吸附氫穿梭模型 31
2.3.3 外延法校正模型 38
2.3.4 雙參考模型 43
2.4 過渡態搜索算法 45
2.4.1 過渡態結構構建 46
2.4.2 過渡態計算 48
2.5 微動力學模擬 52
參考文獻 62
第3章 金屬電極還原CO2的理論研究 66
3.1 金屬電極表面CO2電催化還原性能及變化趨勢的理論研究 66
3.2 Cu電極表面CO2電催化還原的機理研究 69
3.2.1 單碳產物CH4的生成 69
3.2.2 雙碳產物C2H4的生成 73
3.3 標度關繫對傳統金屬電極性能的限制 75
3.4 基於理論策略對金屬催化劑的改良 79
參考文獻 81
第4章 副反應以及副反應抑制 82
4.1 氫解離反應 83
4.2 羥基消除反應 85
4.3 催化劑中毒 87
參考文獻 88
第5章 多相催化劑還原CO2的理論研究 90
5.1 負載金屬電極材料 90
5.1.1 金屬納米顆粒電極 91
5.1.2 一維納米金屬線電極 97
5.1.3 金屬單原子催化劑 98
5.1.4 金屬雙原子催化劑 117
5.1.5 金屬原子鏈催化劑 132
5.2 金屬化合物電極材料 145
5.3 非金屬電極材料 147
5.3.1 碳材料電極 147
5.3.2 其他非金屬材料 153
參考文獻 156
第6章 均相催化劑還原CO2的理論研究 162
6.1 金屬大環類配體 163
6.2 吡啶結構 165
6.3 金屬螯合配體結構 168
參考文獻 170
第7章 展望 172
7.1 拓撲量子材料在CO2電催化還原中的應用 172
7.2 應用機器學習研究CO2電催化還原 177
參考文獻 180
附錄 182
附表1 電催化基本術語 182
附表2 物理量的國際單位及常用前綴 183
附表3 常用單位換算 184
