納米材料前沿：電催化納米材料

第1章鉑基和非鉑基氧還原催化劑納米材料001
魏子棟（重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）
1．1　概述\t002
1．2　氧還原催化機(jī)理\t003
1．3　鉑基催化劑\t008
1．3．1　晶面調(diào)控\t010
1．3．2　構(gòu)建雙金屬或多金屬體系\t012
1．3．3　表面修飾\t021
1．3．4　載體增強(qiáng)\t025
1．4　非鉑基催化劑\t031
1．4．1　Pd基催化劑\t031
1．4．2　非貴金屬催化劑\t034
1．4．3　非金屬催化劑\t038
1．5　總結(jié)與展望\t046
參考文獻(xiàn)\t046
第2章碳基非貴金屬氧還原催化劑納米材料065
楊曉冬，周志有，陳馳，王宇成，孫世剛
（廈門大學(xué)能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，廈門大學(xué)固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）
2．1　概述\t066
2．2　碳基非貴金屬氧還原催化劑的發(fā)展歷程\t067
2．3　碳基非貴金屬催化劑的制備技術(shù)\t068
2．3．1　高溫?zé)峤夥╘t068
2．3．2　高溫?zé)峤獯呋瘎┑慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)\t072
2．3．3　非熱解法\t078
2．4　碳基非貴金屬催化劑的活性位結(jié)構(gòu)研究\t080
2．4．1　碳缺陷活性位\t080
2．4．2　氮摻雜碳活性位\t081
2．4．3　Fe/N/C活性位\t083
2．5　碳基非貴金屬催化劑在燃料電池中的應(yīng)用\t089
2．5．1　在質(zhì)子交換膜燃料電池中的應(yīng)用\t090
2．5．2　在陰離子交換膜燃料電池中的應(yīng)用\t092
2．5．3　在甲醇燃料電池中的應(yīng)用\t093
2．5．4　碳基非貴金屬催化劑的傳質(zhì)\t094
2．6　總結(jié)與展望\t095
參考文獻(xiàn)\t096
第3章質(zhì)子交換膜氫氧燃料電池陽(yáng)極催化劑納米材料103
周小春，楊輝（中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院）
3．1　概述\t104
3．2　基本原理和表征方法\t105
3．2．1　氫的電氧化原理\t105
3．2．2　陽(yáng)極納米催化劑的表征方法\t106
3．3　陽(yáng)極納米催化劑的主要研究進(jìn)展\t110
3．3．1　自增濕催化劑\t110
3．3．2　超低載量方法\t115
3．3．3　非鉑催化劑\t120
3．4　總結(jié)與展望\t124
參考文獻(xiàn)\t124
第4章直接醇類燃料電池陽(yáng)極電催化納米材料131
廖世軍（華南理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院）
4．1　概述\t132
4．2　直接醇類燃料電池陽(yáng)極反應(yīng)及其一般機(jī)理\t133
4．3　直接甲醇燃料電池陽(yáng)極催化劑納米材料\t135
4．3．1　PtRu二元合金納米粒子催化劑\t135
4．3．2　PtRu/氧化物催化劑\t138
4．3．3　PtRuX三元催化劑\t139
4．4　直接乙醇燃料電池陽(yáng)極催化劑納米材料\t141
4．4．1　單組分貴金屬催化劑\t141
4．4．2　雙組分貴金屬催化劑\t142
4．4．3　三組分金屬催化劑\t145
4．4．4　非貴金屬催化劑體系\t146
4．5　其他醇類燃料電池陽(yáng)極催化劑納米材料\t147
4．6　總結(jié)與展望\t149
參考文獻(xiàn)\t150
第5章鋰-空氣電池碳基催化劑納米材料157
張新波（中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所）
5．1　概述\t158
5．1．1　鋰-空氣電池發(fā)展背景\t158
5．1．2　鋰-空氣電池的工作原理和分類\t159
5．1．3　鋰-空氣電池的基本組成及關(guān)鍵材料\t161
5．2　碳電催化納米材料\t162
5．2．1　分類及電化學(xué)性能\t163
5．2．2　在鋰-空氣電池中的反應(yīng)機(jī)理\t169
5．3　碳載金屬/金屬氧化物復(fù)合電催化納米材料\t170
5．3．1　制備方法\t171
5．3．2　在鋰-空氣電池中的催化機(jī)理及電化學(xué)性能\t177
5．3．3　選擇、設(shè)計(jì)與開發(fā)\t181
5．4　雜原子摻雜碳基電催化納米材料\t183
5．4．1　雜原子摻雜碳基電催化納米材料的制備\t183
5．4．2　催化機(jī)理及電化學(xué)性能\t184
5．5　總結(jié)與展望\t188
參考文獻(xiàn)\t188
第6章鋰-空氣電池正極催化劑納米材料193
何平，周豪慎（南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院）
6．1　概述\t194
6．1．1　研究背景和基本原理\t194
6．1．2　有機(jī)體系\t195
6．1．3　組合電解液\t199
6．1．4　全固態(tài)電解質(zhì)\t202
6．1．5　小結(jié)\t203
6．2　碳基納米催化材料\t205
6．2．1　多孔碳\t205
6．2．2　碳納米線/管\t207
6．2．3　石墨烯\t209
6．2．4　三維結(jié)構(gòu)碳基材料\t211
6．2．5　碳基摻雜材料\t213
6．3　貴金屬\t215
6．3．1　金、鉑、鈀\t215
6．3．2　釕與氧化釕\t217
6．3．3　貴金屬基復(fù)合材料\t219
6．4　納米結(jié)構(gòu)過(guò)渡金屬氧化物\t220
6．4．1　錳氧化物\t221
6．4．2　鈷氧化物\t222
6．4．3　鎳氧化物\t224
6．4．4　復(fù)合氧化物\t225
6．5　可溶性催化劑\t226
6．5．1　多環(huán)類氧化還原電對(duì)\t227
6．5．2　碘化物\t228
6．5．3　水\t229
6．6　總結(jié)與展望\t230
參考文獻(xiàn)\t230
第7章環(huán)境污染物電催化處理納米材料237
周明華（南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院）
7．1　概述\t238
7．1．1　環(huán)境電化學(xué)的發(fā)展\t238
7．1．2　環(huán)境電催化\t239
7．1．3　環(huán)境電催化納米材料\t240
7．2　陽(yáng)極氧化\t241
7．2．1　概述\t241
7．2．2　過(guò)程影響因素和特征參數(shù)\t244
7．2．3　金屬陽(yáng)極及其環(huán)境應(yīng)用\t247
7．2．4　金屬氧化物陽(yáng)極及其環(huán)境應(yīng)用\t248
7．2．5　碳材料陽(yáng)極及其環(huán)境應(yīng)用\t253
7．3　陰極電化學(xué)還原\t256
7．3．1　概述\t256
7．3．2　電芬頓\t258
7．4　總結(jié)與展望\t268
參考文獻(xiàn)\t269
第8章光電解水電催化納米材料275
申燕，王鳴魁（武漢光電國(guó)家研究中心，華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院）
8．1　概述\t276
8．1．1　光電解水的原理\t278
8．1．2　光電化學(xué)池\t279
8．1．3　光電解水效率\t280
8．1．4　太陽(yáng)能-化學(xué)能轉(zhuǎn)換效率\t281
8．2　半導(dǎo)體光電化學(xué)\t282
8．2．1　半導(dǎo)體/液體接觸物理\t282
8．2．2　光電解水體系界面能級(jí)優(yōu)化\t283
8．2．3　光照條件下半導(dǎo)體/液體界面體動(dòng)力學(xué)\t284
8．3　光陰極析氫過(guò)程\t285
8．3．1　光電解水析氫反應(yīng)機(jī)理\t286
8．3．2　光陰極材料\t287
8．4　光陽(yáng)極材料\t291
8．4．1　過(guò)渡金屬氧化物光陽(yáng)極材料\t291
8．4．2　染料敏化半導(dǎo)體光陽(yáng)極材料\t296
8．4．3　影響光陽(yáng)極性能的因素\t301
8．5　電催化劑對(duì)光電極的影響\t302
8．5．1　析氫催化劑材料\t303
8．5．2　析氧催化劑材料\t303
8．5．3　催化劑微納結(jié)構(gòu)對(duì)光電極效率的影響\t304
8．6　總結(jié)與展望\t305
參考文獻(xiàn)\t306
第9章生物燃料電池電催化納米材料317
朱俊杰（南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）
9．1　概述\t318
9．1．1　酶生物燃料電池\t319
9．1．2　微生物燃料電池\t320
9．2　酶生物燃料電池電催化納米材料\t322
9．2．1　碳材料\t322
9．2．2　金屬納米粒子\t329
9．2．3　納米結(jié)構(gòu)導(dǎo)電聚合物\t331
9．2．4　復(fù)合材料\t332
9．3　微生物燃料電池電催化納米材料\t339
9．3．1　MFC陽(yáng)極電催化納米材料\t339
9．3．2　MFC陰極電催化納米材料\t345
9．4　總結(jié)與展望\t349
參考文獻(xiàn)\t351
第10章微生物制備納米材料的電子傳遞機(jī)制及其應(yīng)用361
趙峰，吳雪娥，姜艷霞（中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所，廈門大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院）
10．1　概述\t362
10．2　胞外電子傳遞\t363
10．2．1　直接胞外電子傳遞\t363
10．2．2　間接胞外電子傳遞\t365
10．3　微生物制備的納米材料\t366
10．3．1　納米材料與電子\t366
10．3．2　納米材料與熒光\t370
10．3．3　納米材料與磁性\t373
10．4　微生物電化學(xué)的分析方法\t374
10．4．1　循環(huán)伏安和微分脈沖\t375
10．4．2　計(jì)時(shí)電流\t376
10．4．3　微生物電化學(xué)原位紅外光譜\t377
10．4．4　掃描探針顯微技術(shù)\t378
10．5　總結(jié)與展望\t379
參考文獻(xiàn)\t380
第11章有機(jī)分子合成電催化納米材料385
王歡，陸嘉星（華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，上海市綠色化學(xué)與化工過(guò)程綠色化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
11．1　概述\t386
11．2　金屬納米材料\t388
11．2．1　單金屬納米材料在電催化合成中的應(yīng)用\t388
11．2．2　雙金屬納米材料在電催化合成中的應(yīng)用\t399
11．3　碳基納米材料\t406
11．3．1　硼摻雜金剛石電極在有機(jī)電合成中的應(yīng)用\t406
11．3．2　功能化碳電極在有機(jī)電合成中的應(yīng)用\t409
11．4　聚合物納米材料\t411
11．4．1　聚合物膜在電催化合成中的應(yīng)用\t411
11．4．2　負(fù)載金屬（金屬氧化物）/聚合物膜在電催化合成中的應(yīng)用\t414
11．4．3　金屬有機(jī)配合物膜在電催化合成中的應(yīng)用\t415
11．5　其他新型復(fù)合納米材料\t417
11．5．1　生物堿@Ag納米材料在不對(duì)稱電催化還原中的應(yīng)用\t417
11．5．2　[Co]@Ag納米材料在不對(duì)稱電催化羧化C—X中的應(yīng)用\t420
11．5．3　負(fù)載Ag分子篩納米材料在電催化還原中的應(yīng)用\t422
11．6　總結(jié)與展望\t424
參考文獻(xiàn)\t425
第12章CO2還原電催化納米材料433
賈法龍（華中師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院）
12．1　概述\t434
12．2　電催化還原CO2的原理\t436
12．2．1　水溶液體系中CO2電催化還原\t436
12．2．2　非水溶液體系中CO2電催化還原\t439
12．2．3　CO2電催化還原的主要影響因素\t440
12．3　電催化還原CO2研究方法\t441
12．3．1　儀器裝置和產(chǎn)物分析\t441
12．3．2　反應(yīng)機(jī)理研究\t442
12．4　催化CO2電化學(xué)還原的納米材料\t444
12．4．1　銅族納米材料\t444
12．4．2　鉑族納米材料\t459
12．4．3　其他過(guò)渡金屬納米材料\t463
12．4．4　p區(qū)部分金屬納米材料\t470
12．4．5　金屬氧化物及碳材料\t472
12．5　總結(jié)與展望\t477
參考文獻(xiàn)\t478
第13章水電催化納米材料483
胡吉明，伍廉奎（浙江大學(xué)化學(xué)系）
13．1　概述\t484
13．2　析氫電催化納米材料\t484
13．2．1　析氫反應(yīng)及其基本反應(yīng)歷程\t485
13．2．2　貴金屬析氫反應(yīng)電催化納米材料\t491
13．2．3　其他析氫反應(yīng)電催化納米材料\t494
13．3　析氧電催化納米材料\t503
13．3．1　析氧反應(yīng)的基本特征\t504
13．3．2　析氧反應(yīng)電催化活性理論\t505
13．3．3　析氧反應(yīng)的電催化機(jī)制\t511
13．3．4　鈦基氧化物涂層電極\t514
13．3．5　其他電催化析氧納米材料\t524
13．4　析氯電催化納米材料\t528
13．4．1　析氯反應(yīng)及其基本特征\t529
13．4．2　Ti基RuO2納米涂層電極\t534
13．4．3　其他析氯反應(yīng)電催化納米材料\t539
參考文獻(xiàn)\t541
索引\t558