电催化纳米材料 孙世刚 主编 专业科技 文轩网

第1章铂基和非铂基氧还原催化剂纳米材料001
魏子栋（重庆大学化学化工学院）
1.1概述002
1.2氧还原催化机理003
1.3铂基催化剂008
1.3.1晶面调控010
1.3.2构建双金属或多金属体系012
1.3.3表面修饰021
1.3.4载体增强025
1.4非铂基催化剂031
1.4.1Pd基催化剂031
1.4.2非贵金属催化剂034
1.4.3非金属催化剂038
1.5总结与展望046
参考文献046
第2章碳基非贵金属氧还原催化剂纳米材料065
杨晓冬，周志有，陈驰，王宇成，孙世刚
（厦门大学能源材料化学协同创新中心，厦门大学固体表面物理化学国家重点实验室，厦门大学化学化工学院）
2.1概述066
2.2碳基非贵金属氧还原催化剂的发展历程067
2.3碳基非贵金属催化剂的制备技术068
2.3.1高温热解法068
2.3.2高温热解催化剂的结构设计072
2.3.3非热解法078
2.4碳基非贵金属催化剂的活性位结构研究080
2.4.1碳缺陷活性位080
2.4.2氮掺杂碳活性位081
2.4.3Fe/N/C活性位083
2.5碳基非贵金属催化剂在燃料电池中的应用089
2.5.1在质子交换膜燃料电池中的应用090
2.5.2在阴离子交换膜燃料电池中的应用092
2.5.3在甲醇燃料电池中的应用093
2.5.4碳基非贵金属催化剂的传质094
2.6总结与展望095
参考文献096
第3章质子交换膜氢氧燃料电池阳极催化剂纳米材料103
周小春，杨辉（中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，中国科学院上海高等研究院）
3.1概述104
3.2基本原理和表征方法105
3.2.1氢的电氧化原理105
3.2.2阳极纳米催化剂的表征方法106
3.3阳极纳米催化剂的主要研究进展110
3.3.1自增湿催化剂110
3.3.2超低载量方法115
3.3.3非铂催化剂120
3.4总结与展望124
参考文献124
第4章直接醇类燃料电池阳极电催化纳米材料131
廖世军（华南理工大学化学与化工学院）
4.1概述132
4.2直接醇类燃料电池阳极反应及其一般机理133
4.3直接甲醇燃料电池阳极催化剂纳米材料135
4.3.1PtRu二元合金纳米粒子催化剂135
4.3.2PtRu/氧化物催化剂138
4.3.3PtRuX三元催化剂139
4.4直接乙醇燃料电池阳极催化剂纳米材料141
4.4.1单组分贵金属催化剂141
4.4.2双组分贵金属催化剂142
4.4.3三组分金属催化剂145
4.4.4非贵金属催化剂体系146
4.5其他醇类燃料电池阳极催化剂纳米材料147
4.6总结与展望149
参考文献150
第5章锂-空气电池碳基催化剂纳米材料157
张新波（中国科学院长春应用化学研究所）
5.1概述158
5.1.1锂-空气电池发展背景158
5.1.2锂-空气电池的工作原理和分类159
5.1.3锂-空气电池的基本组成及关键材料161
5.2碳电催化纳米材料162
5.2.1分类及电化学性能163
5.2.2在锂-空气电池中的反应机理169
5.3碳载金属/金属氧化物复合电催化纳米材料170
5.3.1制备方法171
5.3.2在锂-空气电池中的催化机理及电化学性能177
5.3.3选择、设计与开发181
5.4杂原子掺杂碳基电催化纳米材料183
5.4.1杂原子掺杂碳基电催化纳米材料的制备183
5.4.2催化机理及电化学性能184
5.5总结与展望188
参考文献188
第6章锂-空气电池正极催化剂纳米材料193
何平，周豪慎（南京大学现代工程与应用科学学院）
6.1概述194
6.1.1研究背景和基本原理194
6.1.2有机体系195
6.1.3组合电解液199
6.1.4全固态电解质202
6.1.5小结203
6.2碳基纳米催化材料205
6.2.1多孔碳205
6.2.2碳纳米线/管207
6.2.3石墨烯209
6.2.4三维结构碳基材料211
6.2.5碳基掺杂材料213
6.3贵金属215
6.3.1金、铂、钯215
6.3.2钌与氧化钌217
6.3.3贵金属基复合材料219
6.4纳米结构过渡金属氧化物220
6.4.1锰氧化物221
6.4.2钴氧化物222
6.4.3镍氧化物224
6.4.4复合氧化物225
6.5可溶性催化剂226
6.5.1多环类氧化还原电对227
6.5.2碘化物228
6.5.3水229
6.6总结与展望230
参考文献230
第7章环境污染物电催化处理纳米材料237
周明华（南开大学环境科学与工程学院）
7.1概述238
7.1.1环境电化学的发展238
7.1.2环境电催化239
7.1.3环境电催化纳米材料240
7.2阳极氧化241
7.2.1概述241
7.2.2过程影响因素和特征参数244
7.2.3金属阳极及其环境应用247
7.2.4金属氧化物阳极及其环境应用248
7.2.5碳材料阳极及其环境应用253
7.3阴极电化学还原256
7.3.1概述256
7.3.2电芬顿258
7.4总结与展望268
参考文献269
第8章光电解水电催化纳米材料275
申燕，王鸣魁（武汉光电国家研究中心，华中科技大学光学与电子信息学院）
8.1概述276
8.1.1光电解水的原理278
8.1.2光电化学池279
8.1.3光电解水效率280
8.1.4太阳能-化学能转换效率281
8.2半导体光电化学282
8.2.1半导体/液体接触物理282
8.2.2光电解水体系界面能级优化283
8.2.3光照条件下半导体/液体界面体动力学284
8.3光阴极析氢过程285
8.3.1光电解水析氢反应机理286
8.3.2光阴极材料287
8.4光阳极材料291
8.4.1过渡金属氧化物光阳极材料291
8.4.2染料敏化半导体光阳极材料296
8.4.3影响光阳极性能的因素301
8.5电催化剂对光电极的影响302
8.5.1析氢催化剂材料303
8.5.2析氧催化剂材料303
8.5.3催化剂微纳结构对光电极效率的影响304
8.6总结与展望305
参考文献306
第9章生物燃料电池电催化纳米材料317
朱俊杰（南京大学化学化工学院）
9.1概述318
9.1.1酶生物燃料电池319
9.1.2微生物燃料电池320
9.2酶生物燃料电池电催化纳米材料322
9.2.1碳材料322
9.2.2金属纳米粒子329
9.2.3纳米结构导电聚合物331
9.2.4复合材料332
9.3微生物燃料电池电催化纳米材料339
9.3.1MFC阳极电催化纳米材料339
9.3.2MFC阴极电催化纳米材料345
9.4总结与展望349
参考文献351
第10章微生物制备纳米材料的电子传递机制及其应用361
赵峰，吴雪娥，姜艳霞（中国科学院城市环境研究所，厦门大学化学化工学院）
10.1概述362
10.2胞外电子传递363
10.2.1直接胞外电子传递363
10.2.2间接胞外电子传递365
10.3微生物制备的纳米材料366
10.3.1纳米材料与电子366
10.3.2纳米材料与荧光370
10.3.3纳米材料与磁性373
10.4微生物电化学的分析方法374
10.4.1循环伏安和微分脉冲375
10.4.2计时电流376
10.4.3微生物电化学原位红外光谱377
10.4.4扫描探针显微技术378
10.5总结与展望379
参考文献380
第11章有机分子合成电催化纳米材料385
王欢，陆嘉星（华东师范大学化学与分子工程学院，上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室）
11.1概述386
11.2金属纳米材料388
11.2.1单金属纳米材料在电催化合成中的应用388
11.2.2双金属纳米材料在电催化合成中的应用399
11.3碳基纳米材料406
11.3.1硼掺杂金刚石电极在有机电合成中的应用406
11.3.2功能化碳电极在有机电合成中的应用409
11.4聚合物纳米材料411
11.4.1聚合物膜在电催化合成中的应用411
11.4.2负载金属（金属氧化物）/聚合物膜在电催化合成中的应用414
11.4.3金属有机配合物膜在电催化合成中的应用415
11.5其他新型复合纳米材料417
11.5.1生物碱@Ag纳米材料在不对称电催化还原中的应用417
11.5.2[Co]@Ag纳米材料在不对称电催化羧化C—X中的应用420
11.5.3负载Ag分子筛纳米材料在电催化还原中的应用422
11.6总结与展望424
参考文献425
第12章CO2还原电催化纳米材料433
贾法龙（华中师范大学化学学院）
12.1概述434
12.2电催化还原CO2的原理436
12.2.1水溶液体系中CO2电催化还原436
12.2.2非水溶液体系中CO2电催化还原439
12.2.3CO2电催化还原的主要影响因素440
12.3电催化还原CO2研究方法441
12.3.1仪器装置和产物分析441
12.3.2反应机理研究442
12.4催化CO2电化学还原的纳米材料444
12.4.1铜族纳米材料444
12.4.2铂族纳米材料459
12.4.3其他过渡金属纳米材料463
12.4.4p区部分金属纳米材料470
12.4.5金属氧化物及碳材料472
12.5总结与展望477
参考文献478
第13章水电催化纳米材料483
胡吉明，伍廉奎（浙江大学化学系）
13.1概述484
13.2析氢电催化纳米材料484
13.2.1析氢反应及其基本反应历程485
13.2.2贵金属析氢反应电催化纳米材料491
13.2.3其他析氢反应电催化纳米材料494
13.3析氧电催化纳米材料503
13.3.1析氧反应的基本特征504
13.3.2析氧反应电催化活性理论505
13.3.3析氧反应的电催化机制511
13.3.4钛基氧化物涂层电极514
13.3.5其他电催化析氧纳米材料524
13.4析氯电催化纳米材料528
13.4.1析氯反应及其基本特征529
13.4.2Ti基RuO2纳米涂层电极534
13.4.3其他析氯反应电催化纳米材料539
参考文献541
索引558