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    該商品所屬分類:研究生 -> 工學
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    【作者】 孫世剛 
    【所屬類別】 圖書  教材  研究生/本科/專科教材  工學 
    【出版社】化學工業出版社 
    【ISBN】9787122171832
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    內容介紹



    開本:16開
    紙張:膠版紙
    包裝:平裝-膠訂

    是否套裝:否
    國際標準書號ISBN:9787122171832
    叢書名:電化學叢書

    作者:孫世剛
    出版社:化學工業出版社
    出版時間:2021年06月 


        
        
    "
    內容簡介
    本書由電催化基礎和重要電催化過程兩部分組成。內容包括從納米結構、表面結構、電子結構出發認識電催化過程和催化劑材料的性質,到電催化劑的理論設計、理論模擬和制備;從氫、氧及有機分子電催化基礎,到燃料電池、太陽能電池、生物電化學乃至工業電化學過程等電催化應用。本書在內容的選擇上,既注重基礎知識和研究方法的介紹,同時又緊緊圍繞前沿方向。
    本書既適合選擇電催化、電化學、催化化學、表面科學、材料科學等學科作為研究方向的研究生,也適合從事電催化及相關領域科學研究和技術研發的科技工作者參考。
    作者簡介
    目錄
    第1章電催化基礎與應用研究進展
    11電化學的發展歷史1
    12電催化反應的基本規律和兩類電催化反應及其共同特點3
    13研究電極過程的經典電化學方法、表面分析技術和電化學原位譜學方法5
    131經典電化學研究方法5
    132非傳統電化學研究方法及其進展7
    14電催化劑的電子結構效應和表面結構效應12
    141電子結構效應對電催化反應速度的影響12
    142表面結構效應對電催化反應速度的影響15
    15一些實際電催化體繫的分析和討論20
    151納米粒子的組成及其對電催化性能的影響20
    152催化劑載體對電催化性能的影響21
    153納米粒子的表面結構對其電催化性能的影響22
    154納米尺度電催化劑活性的比較與關聯25
    16總結與展望28
    參考文獻29
    第2章電催化表面結構效應與金屬納米粒子催化劑表面結構控制合成
    21電催化表面結構效應33
    211金屬單晶面及其表面原子排列結構33
    212晶面結構效應34
    22金屬納米粒子的表面結構控制合成及其電催化39
    221納米粒子形狀與晶面的關繫39
    222晶體生長規律41
    223低表面能金屬納米粒子的控制合成及其催化性能研究44
    224高表面能金屬納米粒子的控制合成及其電催化51
    23總結與展望67
    參考文獻69
    第3章電催化中的電子效應與協同效應
    31金屬表面吸附作用的物理化學基礎75
    311金屬的電子能帶結構75
    312吸附質與金屬表面的相互作用79
    313吸附作用的密度泛函理論計算82
    32催化作用中的電子效應與協同效應85
    321吸附作用的電子特征描述85
    322金屬表面反應性及其電子效應調控89
    323催化作用中的協同效應91
    33研究實例93
    331氧還原反應Pt合金催化劑的電子效應93
    332甲酸氧化反應Pd合金催化劑的表面反應性調控98
    333氫氧化反應Ni催化劑d帶反應性的選擇性抑制101
    334利用幾何效應調控Pt催化甲醇氧化的反應選擇性103
    335PtRu電催化協同效應的直接觀測105
    336PdAu合金表面H吸附與CO吸附所需的小Pd原子聚集體108
    參考文獻110
    第4章電催化劑的設計與理論模擬
    41電極/溶液界面電荷傳遞過程的量子效應114
    411電子轉移反應的基本類型114
    412電子轉移的基本原理115
    413Marcus的電子轉移理論117
    414電極/溶液界面電子的隧道效應123
    42電極/溶液界面的量子化學模擬128
    421計算方法與模型128
    422催化劑的反應活性和電子構型的計算134
    423溶劑效應150
    424電極電勢的模擬159
    43電極過程動力學模擬及其應用169
    431氧氣電催化還原169
    432甲醇電催化氧化176
    433電催化非線性動力學過程模擬180
    44總結與展望190
    參考文獻190
    第5章燃料電池催化劑新材料
    51質子交換膜燃料電池及催化劑概述196
    52陽極催化劑200
    521氫氧燃料電池陽極催化劑200
    522DMFC陽極催化劑202
    523DFAFC陽極催化劑212
    524DEFC陽極催化劑220
    53陰極催化劑224
    531陰極氧電還原機理224
    532鉑基催化劑225
    533非鉑基金屬催化劑227
    54催化劑制備方法231
    541浸漬液相還原法231
    542膠體法233
    543微乳液法235
    544電化學法235
    545氣相還原法236
    546氣相沉積法237
    547高溫合金化法237
    548羰基簇合物法237
    549預沉澱法238
    5410離子液體法238
    5411噴霧熱解法238
    5412固相反應法239
    5413多醇過程法240
    5414微波法240
    5415組合法241
    5416離子交換法241
    5417輻照法241
    55載體242
    551炭黑242
    552中孔碳243
    553CNTs245
    554碳凝膠247
    555空心碳247
    556碳卷249
    557碳纖維250
    558碳納米分子篩250
    559碳化鎢251
    5510硬碳252
    5511碳納米籠252
    5512金剛石252
    5513富勒烯252
    5514石墨烯253
    參考文獻253
    第6章氫電極電催化
    61氫電極反應及其電催化概述270
    62氫的電化學吸附273
    621氫的欠電勢吸附274
    622氫的過電勢吸附278
    623氫吸附的譜學技術研究280
    624氫吸附的理論計算研究281
    63氫電極反應機理286
    64氫電極反應動力學288
    641氫電極反應交換電流密度的測量288
    642交換電流密度的火山關繫圖290
    643溫度對氫電極反應動力學的影響294
    65氫電催化的Pt表面結構效應296
    66氫電催化的鉑納米粒徑效應297
    67總結與展望302
    參考文獻304
    第7章鉑基催化劑上的氧還原電催化
    71概述307
    72Pt單質金屬催化劑309
    721Pt單晶的晶面取向、陰離子吸附對氧還原性能的影響309
    722Pt納米催化劑的粒徑效應314
    73模型電催化劑的氧還原行為323
    74Pt及其合金的氧還原活性趨勢的理論預期329
    75Pt基金屬納米催化劑334
    76ORR機理的研究進展338
    77總結與展望343
    參考文獻344
    第8章幾種代氫燃料分子的直接電催化氧化
    81硼氫化物的直接電催化氧化353
    811硼氫化物作為代氫陽極燃料的優勢與問題353
    812不同金屬上硼氫化物電氧化的基本行為354
    813BH-4在金屬電極上的電氧化模型360
    814硼氫化物的直接電催化氧化小結364
    82氨的直接電催化氧化364
    821氨的直接電催化氧化概述364
    822氨在Pt及其合金上的電氧化行為365
    823氨在金屬鎳上的電氧化行為371
    83硼氮烷作為陽極燃料的電催化376
    831硼氮烷作為陽極燃料的電催化概述376
    832BH3NH3在Ag電極上的電氧化377
    833幾種典型催化劑上硼氮烷的直接電氧化381
    834總結與展望385
    參考文獻385
    第9章有機小分子電催化
    91概述388
    92 CO的電催化氧化390
    921CO在金屬表面的吸附390
    922CO在Pt表面電氧化391
    923納米Pt表面CO的電氧化:尺寸及晶面效應394
    924PtRu合金表面CO電氧化的“雙功能機理”395
    925d帶能級與表面偏析對電催化的影響397
    93甲醇的陽極氧化399
    931甲醇的電氧化機理399
    932甲醇電氧化催化劑的設計400
    94甲酸的電催化氧化402
    941Pt表面甲酸電氧化機理402
    942Pd表面甲酸電氧化404
    943甲酸電氧化催化劑的設計405
    95乙醇的電催化氧化407
    96堿性環境中C1小分子的電氧化408
    961堿性條件下CO電催化氧化409
    962堿性條件下甲醇的電催化氧化409
    97總結與展望411
    參考文獻412
    第10章酶電催化
    101酶的基本結構與功能418
    1011酶的基本概念418
    1012酶的活性中心418
    1013酶的一級結構與催化功能的關繫419
    1014酶的二級和三級結構與催化功能的關繫419
    1015酶的四級結構與催化功能的關繫421
    102酶催化反應的一般理論422
    1021酶催化反應理論422
    1022酶催化反應的動力學424
    1023酶催化反應的動力學參數的求取426
    103酶催化反應的電化學427
    1031酶催化反應的電化學研究方法427
    1032酶催化反應的電流理論434
    1033酶在電極表面的固定439
    104酶催化電化學研究的幾個重要例子451
    1041葡萄糖氧化酶452
    1042反丁烯二酸還原酶和丁二酸脫氫酶454
    1043過氧化物酶459
    1044鉬氧轉移酶462
    1045細胞色素P450酶467
    1046氫酶469
    1047含銅氧化酶471
    105酶電化學催化的應用472
    1051用於底物的定量測定473
    1052用作生物燃料電池的電極催化劑478
    1053電化學免疫分析482
    1054DNA雜交檢測483
    參考文獻484
    第11章光電催化
    111概述495
    112光電催化原理498
    1121太陽能光電催化原理498
    1122環境光電催化原理503
    113光電催化劑與光電催化反應507
    1131TiO2光電催化劑的制備507
    1132提高TiO2光催化活性的途徑510
    1133WO3光電催化劑512
    1134CdS光電催化劑514
    1135ZnO光電催化劑515
    1136新型配合物半導體光電催化劑517
    1137具有光電催化功能的聚合物納米復合材料517
    1138光電催化劑的表征518
    1139光電催化反應527
    114重要的光電催化過程及應用541
    1141光電催化電解水制氫541
    1142光電催化對典型有機污染物的降解542
    115光電催化的研究方法544
    1151光催化研究過程的分析方法545
    1152光電催化的動力學研究549
    1153光電化學研究方法552
    參考文獻561
    第12章燃料電池電催化
    121燃料電池的分類和性能567
    1211燃料電池分類568
    1212燃料電池性能568
    122燃料電池電催化571
    1221催化劑概述571
    1222電催化反應特點573
    1223催化劑的表征方法578
    1224催化劑的結構組成588
    1225催化劑的電催化性能592
    1226催化劑的耐久性596
    123總結與展望604
    參考文獻605
    第13章工業過程電催化
    131氯堿工業過程電催化609
    1311氯堿工業概述609
    1312氯堿電解槽的析氯陽極電催化612
    1313氯堿電解槽的析氫陰極電催化619
    132濕法冶金工業電積過程電催化621
    1321濕法冶金工業概述621
    1322氯化物水溶液中Ni、Co電積過程電催化624
    1323硫酸溶液中Ni電積過程電催化625
    1324硫酸溶液Zn電積過程電催化629
    133熔鹽鋁電解過程電催化639
    1331熔鹽鋁電解工業概述639
    1332碳素陽極的摻雜電催化640
    1333碳素陽極摻雜電催化機理645
    1334鋰鹽陽極糊及其工業應用649
    1335預焙陽極的摻雜電催化與綜合改性651
    參考文獻652
    索引659
    前言
    經過近100年的發展,電催化從初作為電化學科學的一個分支,目前已經成為一門交叉性極強的學科。電催化的基礎涉及電化學、催化科學、表面科學以及材料科學等眾多科學分支的內容和知識,其應用則廣泛存在於能源轉換與儲存(燃料電池、超級電容器、化學電池、水解制氫、太陽能電池等),環境工程(水處理、土壤修復、傳感器、污染治理、臭氧發生等),綠色合成與新物質創造(有機和無機電合成、氯堿工業、新材料等),表面處理,微米與納米尺度加工,以及生物醫學與分析傳感等重要技術領域。隨著社會和經濟的飛速發展,能源資源短缺和環境污染等問題日益突出。發展高效、清潔的能源獲取與轉化技術,綠色物質合成技術成為當前科學與技術研究的首要任務之一,電催化無疑在這些技術中處於關鍵的地位。
    無論是電催化的基礎研究還是應用研究,催化劑均是核心。電催化研究的重要任務是設計並制備出對特定反應具有高活性、高選擇性和長壽命的電催化劑。在電催化條件下,除通過控制電極電位來控制涉及界面電荷轉移的氧化或還原反應外,關鍵還在於調控電催化劑與反應分子的相互作用,以實現反應活化能或反應途徑的改變。因此,電催化劑的表面結構(化學結構、原子排列結構和電子結構)和界面雙電層結構等對電催化反應的效率和選擇性有直接影響。研究這些結構及其演化和性能構成了電催化的主要研究內容。
    電催化的重要性使得其在過去幾十年間得到了廣泛的關注,尤其在過去十多年間吸引了來自電化學、材料、納米、表面等眾多學科領域的廣泛興趣,從而無論是在基礎理論還是在材料與技術的應用方面均取得了長足的進步。特別是隨著各種原位譜學方法的建立和發展,以及基於量子化學原理的計算模擬技術的應用,我們對電催化過程和催化劑材料性質的認識不斷深入。研究者不僅能在原子、分子水平上探索電催化的本質,而且新型催化劑的研究逐漸從傳統“炒菜式”的材料合成與性能測試模式向基於對“結構性能(構效)”關繫認識的理性設計和性能調控模式轉變。
    對過去十多年來浩瀚的研究結果和認識的總結,無論是對電催化學科的發展,還是對推動相關技術的進步均十分重要。目前,專門繫統介紹電催化基礎及研究進展的書籍,特別是中文書籍,尚比較缺乏。基於此,我們邀集了國內在線從事電催化研究的中青年電化學工作者,以他們豐富的研究結果為主,總結、撰寫我國科學家取得的研究成果和進展,同時介紹必要的相關基礎知識和綜述學科發展前沿。
    本書由電催化基礎和重要電催化過程兩部分組成。內容包括從納米結構、表面結構、電子結構出發認識電催化過程和催化劑材料的性質,到電催化劑的理論設計、理論模擬和制備;從氫、氧及有機分子電催化基礎,到燃料電池、太陽能電池、生物電化學乃至工業電化學過程等電催化應用。
    本書在內容的選擇上,既注重基礎知識和研究方法的介紹,同時又緊緊圍繞前沿方向。本書既適合選擇電催化、電化學、催化化學、表面科學、材料科學等學科作為研究方向的研究生,也適合從事電催化及相關領域科學研究和技術研發的科技工作者參考。本書還有助於發展基礎理論和應用的創新思維,以面對電化學和電催化未來的挑戰。
    在本書出版之際,我們要感謝國家科學技術學術著作出版基金的資助,感謝化學工業出版社的支持。本書各專章的作者都在線從事科學研究,時間緊、任務重,他們為保證本書的質量和順利出版付出了艱辛的勞動,在此一並致謝。
    由於編者水平和時間有限,疏漏之處在所難免,敬請讀者批評指正,不勝感激。
    孫世剛陳勝利2013年5月


     
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