第1章 绪论 1
1.1 电催化 1
1.1.1 电化学基本定义 1
1.1.2 电化学应用 2
1.1.3 电催化反应的基本规律 3
1.1.4 电催化剂性质 3
1.2 纳米材料 4
1.2.1 纳米材料定义与分类 4
1.2.2 纳米材料效应 5
1.2.3 纳米材料性质 6
1.2.4 纳米材料应用 7
1.2.5 纳米材料制备方法 7
1.2.6 纳米材料的结构表征 8
1.3 电催化纳米材料 12
1.3.1 电催化纳米材料分类 13
1.3.2 电催化剂催化性能影响因素 14
1.3.3 提高电催化剂催化性能策略 16
思考题 17
参考文献 18

第2章 电化学理论基础 19
2.1 电化学热力学 19
2.1.1 电极和电极分类 19
2.1.2 电化学电池分类 20
2.1.3 电极电位 21
2.2 界面现象与双电层结构 23
2.2.1 电极/溶液界面现象的研究意义 23
2.2.2 电极/溶液界面现象的研究方法 23
2.2.3 电极/溶液界面的吸附现象 25
2.2.4 双电层结构 28
2.3 电化学反应动力学 31
2.3.1 电极过程 31
2.3.2 电极的极化现象 33
2.3.3 极化曲线 35
2.3.4 原电池和电解池的极化图 36
2.3.5 电子转移步骤动力学 37
2.3.6 液相传质步骤动力学 41
2.4 氢电极 45
2.4.1 氢电极反应及研究意义 45
2.4.2 析氢反应 45
2.4.3 氢的阳极氧化 49
2.5 氧电极 50
2.5.1 氧电极反应及其研究意义 50
2.5.2 氧在电极上的吸附 51
2.5.3 氧还原反应的基本步骤 52
2.5.4 氧还原反应的机理 53
2.5.5 不同途径氧还原反应的应用 56
2.5.6 析氧反应 57
2.6 d带中心理论 57
思考题 60
参考文献 61

第3章 电化学研究方法 62
3.1 传统电化学研究方法 62
3.1.1 三电极体系 62
3.1.2 工作电极 64
3.1.3 辅助电极 64
3.1.4 参比电极 65
3.1.5 电解池 68
3.1.6 旋转圆盘电极 68
3.1.7 旋转环盘电极 70
3.1.8 线性扫描伏安法 72
3.1.9 循环伏安法 73
3.1.10 计时电位法与计时电流法 78
3.1.11 电化学阻抗谱 78
3.2 现代电化学研究方法 90
3.2.1 电化学原位拉曼光谱 90
3.2.2 电化学原位红外反射光谱 90
3.2.3 微分电化学质谱 91
3.2.4 电化学石英晶体微天平 91
3.2.5 密度泛函理论 91
3.3 电催化剂活性评价参数 92
3.4 氧还原反应电催化剂电化学性能评价 93
3.4.1 工作电极的制备 93
3.4.2 评价参数 93
思考题 95
参考文献 95

第4章 电解水制氢电催化纳米材料 96
4.1 电解水制氢现状与基本原理 96
4.1.1 电解水制氢现状 96
4.1.2 电解水制氢反应原理 98
4.2 析氢电催化纳米材料 103
4.2.1 Pt基催化剂 103
4.2.2 Ru基催化剂 115
4.2.3 非贵金属基催化剂 119
4.3 析氧电催化纳米材料 126
4.3.1 贵金属催化剂 126
4.3.2 过渡金属催化剂 129
思考题 138
参考文献 138

第5章 燃料电池电催化纳米材料 144
5.1 燃料电池概述 144
5.1.1 燃料电池原理 144
5.1.2 燃料电池结构 145
5.1.3 燃料电池极化 147
5.1.4 燃料电池分类 148
5.2 贵金属纳米催化剂的制备方法与调控机制 150
5.2.1 浸渍还原法 150
5.2.2 胶体法 152
5.2.3 微乳液法 152
5.2.4 溶剂热法 153
5.2.5 电化学法 153
5.2.6 微波合成法 153
5.2.7 化学气相沉积法 153
5.2.8 物理气相沉积法 154
5.2.9 原子层沉积法 154
5.2.10 纳米颗粒液相成核生长机制 154
5.2.11 Pt及其合金纳米粒径可控合成策略 156
5.2.12 Pt及其合金纳米形貌可控合成策略 159
5.3 燃料电池氧还原电催化纳米材料 163
5.3.1 Pt基催化剂 164
5.3.2 Pd基催化剂 179
5.3.3 过渡金属-氮-碳(M-N-C)催化剂 182
5.3.4 碳基非金属催化剂 202
5.4 质子交换膜燃料电池氢氧化电催化纳米材料 208
5.4.1 合金催化剂 208
5.4.2 载体 210
5.5 阴离子交换膜燃料电池氢氧化电催化纳米材料 211
5.5.1 碱性条件下氢氧化反应机理 211
5.5.2 碱性氢氧化电催化纳米材料 213
5.6 甲醇燃料电池甲醇电氧化电催化纳米材料 218
5.6.1 甲醇电氧化机理 219
5.6.2 甲醇电氧化催化剂 220
5.7 催化剂载体 223
5.7.1 载体性能要求 223
5.7.2 碳载体材料 224
5.7.3 金属氧化物载体材料 226
5.7.4 金属碳化物载体材料 228
5.7.5 金属氮化物载体材料 228
思考题 228
参考文献 229

第6章 金属-空气电池电催化纳米材料 235
6.1 金属-空气电池概述 235
6.2 锌-空气电池 237
6.2.1 锌-空气电池的构成和工作原理 237
6.2.2 锌电极 238
6.2.3 锌-空气电池电催化纳米材料 239
6.2.4 锌-空气电池的展望 248
6.3 锂-空气电池 250
6.3.1 锂-空气电池的类型及工作原理 250
6.3.2 锂电极 252
6.3.3 锂-空气电池电催化纳米材料 253
6.3.4 锂-空气电池的展望 259
思考题 260
参考文献 261

第7章 CO2还原电催化纳米材料 264
7.1 CO2电催化还原反应机理 264
7.1.1 热力学 264
7.1.2 动力学 265
7.2 CO2电催化还原反应催化剂的设计 266
7.2.1 CO2RR制备CO催化剂 266
7.2.2 CO2RR制备甲酸盐催化剂 269
7.2.3 CO2RR制备烃类产物催化剂 271
7.3 CO2电催化还原反应电解池的设计 274
7.3.1 液体电解质CO2RR电解池 274
7.3.2 固体电解质CO2RR电解池 275
7.3.3 固液复合电解质CO2RR电解池 276
思考题 279
参考文献 279

第8章 析氯电催化纳米材料 284
8.1 概述 284
8.2 析氯纳米电极 288
8.2.1 Ti基RuO2纳米涂层电极 288
8.2.2 Ru基二元氧化物析氯催化剂 289
8.2.3 Ru基三元氧化物析氯催化剂 291
8.2.4 Pt基析氯阳极材料 292
8.2.5 Pb基析氯阳极材料 293
8.3 析氯反应电催化纳米材料失效原因分析及解决方法 293
8.4 析氯电极应用 294
8.4.1 电解防污 294
8.4.2 氯碱工业 295
思考题 295
参考文献 295

第9章 环境电化学电催化纳米材料 301
9.1 电化学技术处理污染物基本原理 301
9.1.1 电化学水处理技术的基本原理 301
9.1.2 电化学废气处理技术的基本原理 302
9.1.3 电化学污染土壤修复技术的基本原理 302
9.2 水处理电催化纳米材料 303
9.2.1 概述 303
9.2.2 水污染物电催化转化机理 305
9.2.3 电化学水处理影响因素 309
9.2.4 电化学水处理阳极催化剂 310
9.2.5 电化学水处理阴极催化剂 313
思考题 317
参考文献 317