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赖南君 著; 陈鑫 / 化学工业出版社 / 2021-01 / 其他
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燃料电池催化剂——结构设计与作用机制
《燃料电池催化剂——结构设计与作用机制》共10章,在概述了国内外能源状况和燃料电池的分类、特点、发展壁垒的基础上,详细介绍了氧还原电催化剂的结构与催化机制、密度泛函理论在氧还原反应研究中的应用、过渡金属-氮-碳催化剂的结构与作用机制、二维碳材料的结构与作用机制、富勒烯与其他笼形材料的结构与作用机制、金属有机骨架催化剂的结构与作用机制、氮化碳的结构与作用机制及载体增强作用,*后对燃料电池催化剂的研究情况进行了总结,并展望了未来的发展方向。 本书具有较强的专业性和先进性,可供从事电催化、燃料电池及相关领域科学研究和技术研发的专业人员参考,也可供高等学校化学类、能源类、材料类等专业的师生参阅。
陈鑫,西南石油大学化学化工学院教授,北京工业大学博士,北京大学博士后,现为西南石油大学化学化工学院院聘教授,硕士生导师,能源转换与催化课题组负责人。主要从事能量转换与储存(燃料电池、锂电池)、能源催化、理论与计算化学等领域的科研工作。近年来主持或参与国家自然科学基金项目4项;在Nano Energy,Applied Catalysis B,Journal of Materials Chemistry A,Carbon,Small等国际期刊上发表SCI论文50余篇,总影响因子超过200。
第1章绪论/001 1.1当前国内外能源状况001 1.2燃料电池的分类及特点002 1.3燃料电池的发展壁垒003 参考文献004 第2章氧还原电催化剂的结构与催化机制/005 2.1概述005 2.2催化机制的理论研究方法006 2.2.1密度泛函理论006 2.2.2第一性原理分子动力学方法010 2.3氧还原催化机理012 2.4金属催化剂催化的氧还原机理016 2.4.1纯铂016 2.4.2铂基合金020 2.4.3非铂基金属022 2.5非贵金属催化剂催化的氧还原机理024 2.5.1过渡金属大环类化合物025 2.5.2金属氧化物、氮化物、硫化物027 2.5.3导电聚合物复合催化剂029 2.5.4碳基材料030 2.6小结032 参考文献033 第3章密度泛函理论在氧还原反应研究中的应用/048 3.1概述048 3.2评估氧还原催化活性的方法049 3.2.1中间体的吸附能049 3.2.2反应势能曲线050 3.2.3由线性吉布斯能量关系计算可逆电势052 3.2.4反应能垒053 3.2.5催化剂电子结构054 3.3评估氧还原稳定性的方法056 3.3.1金属溶解电势056 3.3.2金属共聚能058 3.3.3活性中心的金属结合能058 3.4GGA不同泛函的计算精确度058 3.4.1孤立的氧还原物种的键长059 3.4.2孤立的氧还原物种的键解离能060 3.4.3氧还原物种在催化剂表面的吸附能061 3.4.4反应过程分析064 3.5小结065 参考文献065 第4章过渡金属-氮-碳催化剂的结构与作用机制/072 4.1概述072 4.2单核钴(铁)酞菁与双核钴(铁)酞菁073 4.2.1在酸溶液中的稳定性073 4.2.2吸附与催化机制074 4.2.3电子结构分析075 4.3钴—聚吡咯催化剂076 4.3.1钴—聚吡咯的结构稳定性077 4.3.2钴—聚吡咯的催化过程分析077 4.3.3钴—聚吡咯的尺寸效应080 4.3.4协同效应081 4.4Fe(Co)Nx(x=1~4)内嵌石墨烯催化剂084 4.4.1结构与稳定性评估084 4.4.2氧分子的吸附085 4.4.3反应过程分析087 4.5FeN4内嵌碳纳米管催化剂的尺寸效应091 4.5.1结构与稳定性评估092 4.5.2氧还原物种的吸附094 4.5.3基元反应的相对能量096 4.5.4电子结构效应097 4.6类FeNx的催化位点:FeSx结构098 4.6.1结构筛选098 4.6.2氧气分子的吸附行为分析099 4.6.3氧还原反应路径分析100 4.6.4抗中毒能力分析102 4.7金属效应与配体效应103 4.7.1金属中心及配体结构103 4.7.2吸附情况分析104 4.7.3HOMO-LUMO能隙分析105 4.8小结106 参考文献106 第5章二维碳材料的结构与作用机制/113 5.1概述113 5.2金属直接掺杂石墨烯的催化机制113 5.2.1结构与稳定性评估114 5.2.2吸附关系分析116 5.2.3反应过程及限速步骤分析118 5.3氮-氧共掺杂石墨烯的催化机制119 5.3.1掺杂位置与形成能120 5.3.2氧还原物种吸附情况比较120 5.3.3催化反应能量与能垒122 5.3.4氧还原活性起源124 5.4硼、氮掺杂的α-和γ-石墨炔的催化机制125 5.4.1硼掺杂的α-石墨炔126 5.4.2氮掺杂的α-石墨炔127 5.4.3硼、氮共掺杂的α-石墨炔127 5.4.4硼、氮分别掺杂的γ-石墨炔128 5.5小结129 参考文献129 第6章富勒烯与其他笼形材料的结构与作用机制/133 6.1概述133 6.2氮掺杂富勒烯的催化机制134 6.2.1稳定性与电荷分布134 6.2.2氧还原中间体的线性吸附关系136 6.2.3相对能量图138 6.3内嵌金属富勒烯的催化机制140 6.3.1Fen@C60(n=1~7)的结构和电子性质140 6.3.2通过吸附性能预测活性142 6.3.3抗中毒能力145 6.4富勒烯表面掺杂金属的催化机制146 6.4.1结构与稳定性147 6.4.2吸附强度比较147 6.4.3吉布斯自由能148 6.4.4线性关系与过电势152 6.5硼氮纳米笼与硅碳纳米笼152 6.5.1硼氮纳米笼的催化机制153 6.5.2硅碳纳米笼的催化机制157 6.6小结161 参考文献161 第7章金属有机骨架催化剂的结构与作用机制/168 7.1概述168 7.2Ni3(HITP)2:一种新的催化位点导致的高氧还原活性169 7.2.1Ni3(HITP)2片层材料的结构与性质169 7.2.2含氧物种在Ni3(HITP)2的吸附171 7.2.3ORR机理及活性位点分析172 7.3X3(HITP)2的结构与催化机制174 7.3.1催化活性位点的选择及含氧物种的吸附174 7.3.2氧还原路径177 7.3.3含氧物种的吸附能线性关系与活性限速步180 7.3.4相对稳定性与抗中毒能力181 7.4不同配体对MOF材料氧还原催化性能的影响183 7.4.1材料模型构建与性质184 7.4.2配体效应185 7.4.3不同活性位点的相对能量变化188 7.5小结190 参考文献191 第8章氮化碳的结构与作用机制/197 8.1概述197 8.2非金属原子掺杂g-C3N4的ORR活性197 8.2.1催化活性位点的选择及氧气的吸附198 8.2.2能带结构和偏态密度分析200 8.3过渡金属原子掺杂g-C3N4的催化机制203 8.3.1结构与稳定性203 8.3.2氧还原中间产物的吸附203 8.3.3氧还原路径及相对能量变化205 8.4小结208 参考文献208 第9章载体增强作用/213 9.1概述213 9.2石墨烯负载的Au纳米团簇与O2分子相互作用213 9.2.1Aun团簇在N掺杂的石墨烯上的吸附性质214 9.2.2O2在N掺杂石墨烯负载Aun团簇上的吸附性质215 9.2.3Aun团簇结构稳定性的改变219 9.3氧气在缺陷石墨烯负载的铂纳米粒上的吸附220 9.3.1Pt13纳米粒子与缺陷石墨烯之间的相互作用220 9.3.2氧气在Pt13-缺陷石墨烯上的吸附作用222 9.4载体225 9.5小结228 参考文献228 第10章结论与展望/235
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开播时间:09月02日 10:30