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第1章 铂基和非铂基氧还原催化剂纳米材料1

1.1 概述2

1.2 氧还原催化机理3

1.3 铂基催化剂8

1.3.1 晶面调控10

1.3.2 构建双金属或多金属体系12

1.3.3 表面修饰21

1.3.4 载体增强25

1.4 非铂基催化剂31

1.4.1 Pd基催化剂31

1.4.2 非贵金属催化剂34

1.4.3 非金属催化剂38

1.5 总结与展望46

参考文献46

第2章 碳基非贵金属氧还原催化剂纳米材料65

2.1 概述66

2.2 碳基非贵金属氧还原催化剂的发展历程67

2.3 碳基非贵金属催化剂的制备技术68

2.3.1 高温热解法68

2.3.2 高温热解催化剂的结构设计72

2.3.3 非热解法78

2.4 碳基非贵金属催化剂的活性位结构研究80

2.4.1 碳缺陷活性位80

2.4.2 氮掺杂碳活性位81

2.4.3 Fe/N/C活性位83

2.5 碳基非贵金属催化剂在燃料电池中的应用89

2.5.1 在质子交换膜燃料电池中的应用90

2.5.2 在阴离子交换膜燃料电池中的应用92

2.5.3 在甲醇燃料电池中的应用93

2.5.4 碳基非贵金属催化剂的传质94

2.6 总结与展望95

参考文献96

第3章 质子交换膜氢氧燃料电池阳极催化剂纳米材料103

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

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

4.3.1 PtRu二元合金纳米粒子催化剂135

4.3.2 PtRu/氧化物催化剂138

4.3.3 PtRuX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

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

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

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

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

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

9.3.1 MFC阳极电催化纳米材料339

9.3.2 MFC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

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

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

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

12.2.3 CO2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

12.4.4 p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

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

13.4.2 Ti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