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

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3

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5

131经典电化学研究方法5

132非传统电化学研究方法及其进展7

14电催化剂的电子结构效应和表面结构效应12

141电子结构效应对电催化反应速度的影响12

142表面结构效应对电催化反应速度的影响15

15一些实际电催化体系的分析和讨论20

151纳米粒子的组成及其对电催化性能的影响20

152催化剂载体对电催化性能的影响21

153纳米粒子的表面结构对其电催化性能的影响22

154纳米尺度电催化剂活性的比较与关联25

16总结与展望28

参考文献29

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33

211金属单晶面及其表面原子排列结构33

212晶面结构效应34

22金属纳米粒子的表面结构控制合成及其电催化39

221纳米粒子形状与晶面的关系39

222晶体生长规律41

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44

224高表面能金属纳米粒子的控制合成及其电催化51

23总结与展望67

参考文献69

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75

311金属的电子能带结构75

312吸附质与金属表面的相互作用79

313吸附作用的密度泛函理论计算82

32催化作用中的电子效应与协同效应85

321吸附作用的电子特征描述85

322金属表面反应性及其电子效应调控89

323催化作用中的协同效应91

33研究实例93

331氧还原反应Pt合金催化剂的电子效应93

332甲酸氧化反应Pd合金催化剂的表面反应性调控98

333氢氧化反应Ni催化剂d带反应性的选择性抑制101

334利用几何效应调控Pt催化甲醇氧化的反应选择性103

335PtRu电催化协同效应的直接观测105

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108

参考文献110

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114

411电子转移反应的基本类型114

412电子转移的基本原理115

413Marcus的电子转移理论117

414电极/溶液界面电子的隧道效应123

42电极/溶液界面的量子化学模拟128

421计算方法与模型128

422催化剂的反应活性和电子构型的计算134

423溶剂效应150

424电极电势的模拟159

43电极过程动力学模拟及其应用169

431氧气电催化还原169

432甲醇电催化氧化176

433电催化非线性动力学过程模拟180

44总结与展望190

参考文献190

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196

52阳极催化剂200

521氢氧燃料电池阳极催化剂200

522DMFC阳极催化剂202

523DFAFC阳极催化剂212

524DEFC阳极催化剂220

53阴极催化剂224

531阴极氧电还原机理224

532铂基催化剂225

533非铂基金属催化剂227

54催化剂制备方法231

541浸渍液相还原法231

542胶体法233

543微乳液法235

544电化学法235

545气相还原法236

546气相沉积法237

547高温合金化法237

548羰基簇合物法237

549预沉淀法238

5410离子液体法238

5411喷雾热解法238

5412固相反应法239

5413多醇过程法240

5414微波法240

5415组合法241

5416离子交换法241

5417辐照法241

55载体242

551炭黑242

552中孔碳243

553CNTs245

554碳凝胶247

555空心碳247

556碳卷249

557碳纤维250

558碳纳米分子筛250

559碳化钨251

5510硬碳252

5511碳纳米笼252

5512金刚石252

5513富勒烯252

5514石墨烯253

参考文献253

第6章氢电极电催化

61氢电极反应及其电催化概述270

62氢的电化学吸附273

621氢的欠电势吸附274

622氢的过电势吸附278

623氢吸附的谱学技术研究280

624氢吸附的理论计算研究281

63氢电极反应机理286

64氢电极反应动力学288

641氢电极反应交换电流密度的测量288

642交换电流密度的火山关系图290

643温度对氢电极反应动力学的影响294

65氢电催化的Pt表面结构效应296

66氢电催化的铂纳米粒径效应297

67总结与展望302

参考文献304

第7章铂基催化剂上的氧还原电催化

71概述307

72Pt单质金属催化剂309

721Pt单晶的晶面取向、阴离子吸附对氧还原性能的影响309

722Pt纳米催化剂的粒径效应314

73铂基二元模型电催化剂的氧还原行为323

74Pt及其合金的氧还原活性趋势的理论预期329

75Pt基金属纳米催化剂334

76ORR机理的研究进展338

77总结与展望343

参考文献344

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353

811硼氢化物作为代氢阳极燃料的优势与问题353

812不同金属上硼氢化物电氧化的基本行为354

813BH-4在金属电极上的电氧化模型360

814硼氢化物的直接电催化氧化小结364

82氨的直接电催化氧化364

821氨的直接电催化氧化概述364

822氨在Pt及其合金上的电氧化行为365

823氨在金属镍上的电氧化行为371

83硼氮烷作为阳极燃料的电催化376

831硼氮烷作为阳极燃料的电催化概述376

832BH3NH3在Ag电极上的电氧化377

833几种典型催化剂上硼氮烷的直接电氧化381

834总结与展望385

参考文献385

第9章有机小分子电催化

91概述388

92 CO的电催化氧化390

921CO在金属表面的吸附390

922CO在Pt表面电氧化391

923纳米Pt表面CO的电氧化：尺寸及晶面效应394

924PtRu合金表面CO电氧化的“双功能机理”395

925d带能级与表面偏析对电催化的影响397

93甲醇的阳极氧化399

931甲醇的电氧化机理399

932甲醇电氧化催化剂的设计400

94甲酸的电催化氧化402

941Pt表面甲酸电氧化机理402

942Pd表面甲酸电氧化404

943甲酸电氧化催化剂的设计405

95乙醇的电催化氧化407

96碱性环境中C1小分子的电氧化408

961碱性条件下CO电催化氧化409

962碱性条件下甲醇的电催化氧化409

97总结与展望411

参考文献412

第10章酶电催化

101酶的基本结构与功能418

1011酶的基本概念418

1012酶的活性中心418

1013酶的一级结构与催化功能的关系419

1014酶的二级和三级结构与催化功能的关系419

1015酶的四级结构与催化功能的关系421

102酶催化反应的一般理论422

1021酶催化反应理论422

1022酶催化反应的动力学424

1023酶催化反应的动力学参数的求取426

103酶催化反应的电化学427

1031酶催化反应的电化学研究方法427

1032酶催化反应的电流理论434

1033酶在电极表面的固定439

104酶催化电化学研究的几个重要例子451

1041葡萄糖氧化酶452

1042反丁烯二酸还原酶和丁二酸脱氢酶454

1043过氧化物酶459

1044钼氧转移酶462

1045细胞色素P450酶467

1046氢酶469

1047含铜氧化酶471

105酶电化学催化的应用472

1051用于底物的定量测定473

1052用作生物燃料电池的电极催化剂478

1053电化学免疫分析482

1054DNA杂交检测483

参考文献484

第11章光电催化

111概述495

112光电催化原理498

1121太阳能光电催化原理498

1122环境光电催化原理503

113光电催化剂与光电催化反应507

1131TiO2光电催化剂的制备507

1132提高TiO2光催化活性的途径510

1133WO3光电催化剂512

1134CdS光电催化剂514

1135ZnO光电催化剂515

1136新型配合物半导体光电催化剂517

1137具有光电催化功能的聚合物纳米复合材料517

1138光电催化剂的表征518

1139光电催化反应527

114重要的光电催化过程及应用541

1141光电催化电解水制氢541

1142光电催化对典型有机污染物的降解542

115光电催化的研究方法544

1151光催化研究过程的分析方法545

1152光电催化的动力学研究549

1153光电化学研究方法552

参考文献561

第12章燃料电池电催化

121燃料电池的分类和性能567

1211燃料电池分类568

1212燃料电池性能568

122燃料电池电催化571

1221催化剂概述571

1222电催化反应特点573

1223催化剂的表征方法578

1224催化剂的结构组成588

1225催化剂的电催化性能592

1226催化剂的耐久性596

123总结与展望604

参考文献605

第13章工业过程电催化

131氯碱工业过程电催化609

1311氯碱工业概述609

1312氯碱电解槽的析氯阳极电催化612

1313氯碱电解槽的析氢阴极电催化619

132湿法冶金工业电积过程电催化621

1321湿法冶金工业概述621

1322氯化物水溶液中Ni、Co电积过程电催化624

1323硫酸溶液中Ni电积过程电催化625

1324硫酸溶液Zn电积过程电催化629

133熔盐铝电解过程电催化639

1331熔盐铝电解工业概述639

1332碳素阳极的掺杂电催化640

1333碳素阳极掺杂电催化机理645

1334锂盐阳极糊及其工业应用649

1335预焙阳极的掺杂电催化与综合改性651

参考文献652

索引659 2100433B