纳米材料前沿：电催化纳米材料

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\t002
1．2　氧还原催化机理\t003
1．3　铂基催化剂\t008
1．3．1　晶面调控\t010
1．3．2　构建双金属或多金属体系\t012
1．3．3　表面修饰\t021
1．3．4　载体增强\t025
1．4　非铂基催化剂\t031
1．4．1　Pd基催化剂\t031
1．4．2　非贵金属催化剂\t034
1．4．3　非金属催化剂\t038
1．5　总结与展望\t046
参考文献\t046
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\t066
2．2　碳基非贵金属氧还原催化剂的发展历程\t067
2．3　碳基非贵金属催化剂的制备技术\t068
2．3．1　高温热解法\t068
2．3．2　高温热解催化剂的结构设计\t072
2．3．3　非热解法\t078
2．4　碳基非贵金属催化剂的活性位结构研究\t080
2．4．1　碳缺陷活性位\t080
2．4．2　氮掺杂碳活性位\t081
2．4．3　Fe/N/C活性位\t083
2．5　碳基非贵金属催化剂在燃料电池中的应用\t089
2．5．1　在质子交换膜燃料电池中的应用\t090
2．5．2　在阴离子交换膜燃料电池中的应用\t092
2．5．3　在甲醇燃料电池中的应用\t093
2．5．4　碳基非贵金属催化剂的传质\t094
2．6　总结与展望\t095
参考文献\t096
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\t104
3．2　基本原理和表征方法\t105
3．2．1　氢的电氧化原理\t105
3．2．2　阳极纳米催化剂的表征方法\t106
3．3　阳极纳米催化剂的主要研究进展\t110
3．3．1　自增湿催化剂\t110
3．3．2　超低载量方法\t115
3．3．3　非铂催化剂\t120
3．4　总结与展望\t124
参考文献\t124
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\t132
4．2　直接醇类燃料电池阳极反应及其一般机理\t133
4．3　直接甲醇燃料电池阳极催化剂纳米材料\t135
4．3．1　PtRu二元合金纳米粒子催化剂\t135
4．3．2　PtRu/氧化物催化剂\t138
4．3．3　PtRuX三元催化剂\t139
4．4　直接乙醇燃料电池阳极催化剂纳米材料\t141
4．4．1　单组分贵金属催化剂\t141
4．4．2　双组分贵金属催化剂\t142
4．4．3　三组分金属催化剂\t145
4．4．4　非贵金属催化剂体系\t146
4．5　其他醇类燃料电池阳极催化剂纳米材料\t147
4．6　总结与展望\t149
参考文献\t150
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\t158
5．1．1　锂-空气电池发展背景\t158
5．1．2　锂-空气电池的工作原理和分类\t159
5．1．3　锂-空气电池的基本组成及关键材料\t161
5．2　碳电催化纳米材料\t162
5．2．1　分类及电化学性能\t163
5．2．2　在锂-空气电池中的反应机理\t169
5．3　碳载金属/金属氧化物复合电催化纳米材料\t170
5．3．1　制备方法\t171
5．3．2　在锂-空气电池中的催化机理及电化学性能\t177
5．3．3　选择、设计与开发\t181
5．4　杂原子掺杂碳基电催化纳米材料\t183
5．4．1　杂原子掺杂碳基电催化纳米材料的制备\t183
5．4．2　催化机理及电化学性能\t184
5．5　总结与展望\t188
参考文献\t188
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\t194
6．1．1　研究背景和基本原理\t194
6．1．2　有机体系\t195
6．1．3　组合电解液\t199
6．1．4　全固态电解质\t202
6．1．5　小结\t203
6．2　碳基纳米催化材料\t205
6．2．1　多孔碳\t205
6．2．2　碳纳米线/管\t207
6．2．3　石墨烯\t209
6．2．4　三维结构碳基材料\t211
6．2．5　碳基掺杂材料\t213
6．3　贵金属\t215
6．3．1　金、铂、钯\t215
6．3．2　钌与氧化钌\t217
6．3．3　贵金属基复合材料\t219
6．4　纳米结构过渡金属氧化物\t220
6．4．1　锰氧化物\t221
6．4．2　钴氧化物\t222
6．4．3　镍氧化物\t224
6．4．4　复合氧化物\t225
6．5　可溶性催化剂\t226
6．5．1　多环类氧化还原电对\t227
6．5．2　碘化物\t228
6．5．3　水\t229
6．6　总结与展望\t230
参考文献\t230
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\t238
7．1．1　环境电化学的发展\t238
7．1．2　环境电催化\t239
7．1．3　环境电催化纳米材料\t240
7．2　阳极氧化\t241
7．2．1　概述\t241
7．2．2　过程影响因素和特征参数\t244
7．2．3　金属阳极及其环境应用\t247
7．2．4　金属氧化物阳极及其环境应用\t248
7．2．5　碳材料阳极及其环境应用\t253
7．3　阴极电化学还原\t256
7．3．1　概述\t256
7．3．2　电芬顿\t258
7．4　总结与展望\t268
参考文献\t269
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\t276
8．1．1　光电解水的原理\t278
8．1．2　光电化学池\t279
8．1．3　光电解水效率\t280
8．1．4　太阳能-化学能转换效率\t281
8．2　半导体光电化学\t282
8．2．1　半导体/液体接触物理\t282
8．2．2　光电解水体系界面能级优化\t283
8．2．3　光照条件下半导体/液体界面体动力学\t284
8．3　光阴极析氢过程\t285
8．3．1　光电解水析氢反应机理\t286
8．3．2　光阴极材料\t287
8．4　光阳极材料\t291
8．4．1　过渡金属氧化物光阳极材料\t291
8．4．2　染料敏化半导体光阳极材料\t296
8．4．3　影响光阳极性能的因素\t301
8．5　电催化剂对光电极的影响\t302
8．5．1　析氢催化剂材料\t303
8．5．2　析氧催化剂材料\t303
8．5．3　催化剂微纳结构对光电极效率的影响\t304
8．6　总结与展望\t305
参考文献\t306
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\t318
9．1．1　酶生物燃料电池\t319
9．1．2　微生物燃料电池\t320
9．2　酶生物燃料电池电催化纳米材料\t322
9．2．1　碳材料\t322
9．2．2　金属纳米粒子\t329
9．2．3　纳米结构导电聚合物\t331
9．2．4　复合材料\t332
9．3　微生物燃料电池电催化纳米材料\t339
9．3．1　MFC阳极电催化纳米材料\t339
9．3．2　MFC阴极电催化纳米材料\t345
9．4　总结与展望\t349
参考文献\t351
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\t362
10．2　胞外电子传递\t363
10．2．1　直接胞外电子传递\t363
10．2．2　间接胞外电子传递\t365
10．3　微生物制备的纳米材料\t366
10．3．1　纳米材料与电子\t366
10．3．2　纳米材料与荧光\t370
10．3．3　纳米材料与磁性\t373
10．4　微生物电化学的分析方法\t374
10．4．1　循环伏安和微分脉冲\t375
10．4．2　计时电流\t376
10．4．3　微生物电化学原位红外光谱\t377
10．4．4　扫描探针显微技术\t378
10．5　总结与展望\t379
参考文献\t380
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\t386
11．2　金属纳米材料\t388
11．2．1　单金属纳米材料在电催化合成中的应用\t388
11．2．2　双金属纳米材料在电催化合成中的应用\t399
11．3　碳基纳米材料\t406
11．3．1　硼掺杂金刚石电极在有机电合成中的应用\t406
11．3．2　功能化碳电极在有机电合成中的应用\t409
11．4　聚合物纳米材料\t411
11．4．1　聚合物膜在电催化合成中的应用\t411
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\t414
11．4．3　金属有机配合物膜在电催化合成中的应用\t415
11．5　其他新型复合纳米材料\t417
11．5．1　生物碱@Ag纳米材料在不对称电催化还原中的应用\t417
11．5．2　[Co]@Ag纳米材料在不对称电催化羧化C—X中的应用\t420
11．5．3　负载Ag分子筛纳米材料在电催化还原中的应用\t422
11．6　总结与展望\t424
参考文献\t425
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\t434
12．2　电催化还原CO2的原理\t436
12．2．1　水溶液体系中CO2电催化还原\t436
12．2．2　非水溶液体系中CO2电催化还原\t439
12．2．3　CO2电催化还原的主要影响因素\t440
12．3　电催化还原CO2研究方法\t441
12．3．1　仪器装置和产物分析\t441
12．3．2　反应机理研究\t442
12．4　催化CO2电化学还原的纳米材料\t444
12．4．1　铜族纳米材料\t444
12．4．2　铂族纳米材料\t459
12．4．3　其他过渡金属纳米材料\t463
12．4．4　p区部分金属纳米材料\t470
12．4．5　金属氧化物及碳材料\t472
12．5　总结与展望\t477
参考文献\t478
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\t484
13．2　析氢电催化纳米材料\t484
13．2．1　析氢反应及其基本反应历程\t485
13．2．2　贵金属析氢反应电催化纳米材料\t491
13．2．3　其他析氢反应电催化纳米材料\t494
13．3　析氧电催化纳米材料\t503
13．3．1　析氧反应的基本特征\t504
13．3．2　析氧反应电催化活性理论\t505
13．3．3　析氧反应的电催化机制\t511
13．3．4　钛基氧化物涂层电极\t514
13．3．5　其他电催化析氧纳米材料\t524
13．4　析氯电催化纳米材料\t528
13．4．1　析氯反应及其基本特征\t529
13．4．2　Ti基RuO2纳米涂层电极\t534
13．4．3　其他析氯反应电催化纳米材料\t539
参考文献\t541
索引\t558