燃料電池催化劑——結構設計與作用機制

內容簡介

《燃料電池催化劑——結構設計與作用機制》共10章，在概述了國內外能源狀況和燃料電池的分類、特點、發展壁壘的基礎上，詳細介紹了氧還原電催化劑的結構與催化機制、密度泛函理論在氧還原反厚騙應研究中的套用、過渡金屬-氮-碳催化劑的結構與作道埋殼煉用機制、二維碳材料的結構與作用機制、富勒烯與其他籠形材料的結構與作用機制、金屬有機骨架催化劑的結構與作用機制、氮化碳的結構與作用機制及載體增強作用，*後對燃料電池催化劑的研究情況進行了總結，並展望了未來的發展方向。

本書具有較強的專業性和先進性，可供從事電催化、燃料電池及相關領域科學研究和技術研寒捉說發的專業人員參考，也可供高等學校化學類、能源類、材料類等專業的師生參閱。

圖書目錄

第1章緒論/001

1.1當前國內外能源狀況001

1.2燃料電池的分類及特點002

1.3燃料電池的發展壁壘003

參考文獻004

第2章氧還原電催化劑的結構與催化機制/005

2.1概述005

2.2催化機制的理論研究方法006

2.2.1密度泛函理論006

2.2.2第一性原理分子動力學方法010

2.3氧還原催化機理012

2.4金屬催化劑催化的氧還原機理016

2.4.1純鉑016

2.4.2鉑基合金020

2.4.3非鉑基金屬022

2.5非貴金屬催化劑催化的氧還原機理024

2.5.1過渡金屬大環類化合物025

2.5.2金屬氧化物、氮化物、硫化物027

2.5.3導電聚合物複合催化劑029

2.5.4碳基材料030

2.6小結032

參考文獻033

第3章密度泛函理論在氧還原反應研究中的套用/048

3.1概述048

3.2評估氧還原催化活性的方法049

3.2.1中間體的吸附能049

3.2.2反應勢能曲線050

3.2.3由線性吉布斯能量關係計算可逆電勢052

3.2.4反應能壘053

3.2.5催化劑電子結構054

3.3評估氧還原穩定性的方法056

3.3.1金屬溶解電勢056

3.3.2金屬共聚能058

3.3.3活性中心的金屬結合能058

3.4GGA不同泛函的計算精確度058

3.4.1孤立的氧還原物種的鍵長059

3.4.2孤立的氧還原物種的鍵解離能060

3.4.3氧還原物種在催化劑表面的吸附能061

3.4.4反應過程分析064

3.5小結065

參考文獻065

第4章過渡金屬-氮-碳催化劑的結構與作用機制/072

4.1概述072

4.2單核鈷（鐵）酞菁兆定故酷與雙核鈷（鐵）酞菁073

4.2.1在酸溶液中的穩定性073

4.2.2吸附與催化機制074

4.2.3電子結構分析075

4.3鈷—聚吡咯催化劑076

4.3.1鈷—聚吡咯的結構穩定性077

4.3.2鈷—聚吡咯的催化過程分析077

4.3.3鈷—聚吡咯的尺寸效應080

4.3.4協同效應081

4.4Fe(Co)Nx（x=1～4）內嵌石墨烯催化劑084

4.4.1結構與穩定性評估084

4.4.2氧分子的吸附085

4.4.3反應過程分析087

4.5FeN4內嵌碳納米管催化劑的尺寸效應091

4.5.1結構與穩定性評估092

4.5.2氧還原物種的吸附094

4.5.3基元反應的相對能量096

4.5.4電子結構效應097

4.6類FeNx的催化位點主辨洪：FeSx結構098

4.6.1結構篩選098

4.6.2氧氣分子的吸附行為分析099

4.6.3氧還原反應路徑分析100

4.6.4抗中毒能力分析102

4.7金屬效應與配體效應103

4.7.1金屬中心及配體結構103

4.7.2吸附情況分析104

4.7.3HOMO-LUMO能隙分析105

4.8小結106

參考文獻106

第5章二維碳材料的結構與作用機制/113

5.1概述113

5.2金屬直接摻雜石墨烯的催化機制113

5.2.1結構與穩定性評估114

5.2.2吸附關係分析116

5.2.3反應過程及限速步驟分析118

5.3氮-氧共摻雜石墨烯的催化機制119

5.3.1摻雜位置與形成能120

5.3.2氧還原再才擊物種吸附情況比較120

5.3.3催化反應能量與能壘122

5.3.4氧還原活性起源124

5.4硼、氮摻雜的α-和γ-石墨炔的催化機制125

5.4.1硼摻雜的α-石墨炔126

5.4.2氮摻雜的α-石墨炔127

5.4.3硼、氮共摻雜的α-石墨炔127

5.4.4硼、氮分別摻雜的γ-石墨炔128

5.5小結129

參考紋市希文獻129

第6章富勒烯與其他籠形材料的結構與作用機制/133

6.1概述133

6.2氮摻雜富勒烯的催化機制134

6.2.1穩定性與電荷分布134

6.2.2氧還原中間體的線性吸附關係136

6.2.3相對能量圖138

6.3內嵌金屬富勒烯的催化機制140

6.3.1Fen@C60（n=1～7）的結構和電子性質140

6.3.2通過吸附性能預測活性142

6.3.3抗中毒能力145

6.4富勒烯表面摻雜金屬的催化機制146

6.4.1結構與穩定性147

6.4.2吸附強度比較147

6.4.3吉布斯自由能148

6.4.4線性關係與過電勢152

6.5硼氮納米籠與矽碳納米籠152

6.5.1硼氮納米籠的催化機制153

6.5.2矽碳納米籠的催化機制157

6.6小結161

參考文獻161

第7章金屬有機骨架催化劑的結構與作用機制/168

7.1概述168

7.2Ni3(HITP)2：一種新的催化位點導致的高氧還原活性169

7.2.1Ni3(HITP)2片層材料的結構與性質169

7.2.2含氧物種在Ni3(HITP)2的吸附171

7.2.3ORR機理及活性位點分析172

7.3X3(HITP)2的結構與催化機制174

7.3.1催化活性位點的選擇及含氧物種的吸附174

7.3.2氧還原路徑177

7.3.3含氧物種的吸附能線性關係與活性限速步180

7.3.4相對穩定性與抗中毒能力181

7.4不同配體對MOF材料氧還原催化性能的影響183

7.4.1材料模型構建與性質184

7.4.2配體效應185

7.4.3不同活性位點的相對能量變化188

7.5小結190

參考文獻191

第8章氮化碳的結構與作用機制/197

8.1概述197

8.2非金屬原子摻雜g-C3N4的ORR活性197

8.2.1催化活性位點的選擇及氧氣的吸附198

8.2.2能帶結構和偏態密度分析200

8.3過渡金屬原子摻雜g-C3N4的催化機制203

8.3.1結構與穩定性203

8.3.2氧還原中間產物的吸附203

8.3.3氧還原路徑及相對能量變化205

8.4小結208

參考文獻208

第9章載體增強作用/213

9.1概述213

9.2石墨烯負載的Au納米糰簇與O2分子相互作用213

9.2.1Aun團簇在N摻雜的石墨烯上的吸附性質214

9.2.2O2在N摻雜石墨烯負載Aun團簇上的吸附性質215

9.2.3Aun團簇結構穩定性的改變219

9.3氧氣在缺陷石墨烯負載的鉑納米粒上的吸附220

9.3.1Pt13納米粒子與缺陷石墨烯之間的相互作用220

9.3.2氧氣在Pt13-缺陷石墨烯上的吸附作用222

9.4載體225

9.5小結228

參考文獻228

第10章結論與展望/235

燃料電池催化劑——結構設計與作用機制

基本介紹

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