Electrocatalysis pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Royal Society of Chemistry

出品人:

页数:454

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 359.34

装帧:

isbn号码:9780854041237

丛书系列:

图书标签:

• 电催化
• 催化剂
• 电化学
• 能源转化
• 可再生能源
• 材料科学
• 纳米材料
• 表面科学
• 储能
• 燃料电池

科学前沿：催化作用的宏大叙事 本书并非聚焦于电化学领域中特定分支的深入探讨，而是旨在提供一个宏观而全面的视角，审视催化现象在现代科学与工业中的基础地位及其广泛应用。我们将目光投向催化这一核心概念，探究其跨越化学、材料科学、能源技术乃至生物系统的普适性原理。 第一部分：催化作用的基石——理论与机制的深度解析 本部分将追溯催化科学的历史发展脉络，从早期经验性的观察，到十八、十九世纪的奠基性工作，直至当代量子力学计算对反应机理的精确描摹。我们不涉及任何特定的电化学过程，而是着重于催化行为背后的普适性热力学与动力学约束。 第一章：从宏观到微观的尺度转换 催化反应的本质在于降低反应能垒，但实现这一目标的方式在不同尺度上表现出截然不同的物理图像。本章将详细阐述如何利用统计力学和过渡态理论来描述反应速率的温度依赖性，同时引入活性位点（Active Site）的概念。我们将讨论表面吸附现象的朗缪尔（Langmuir）和弗罗因德利希（Freundlich）模型，着重分析吸附能与反应速率之间的内在联系——即所谓的“火山图”（Volcano Plot）的通用原理，该原理揭示了活性位点优化设计的基本约束，无论该位点是均相分子络合物还是非均相固体表面。本章的重点在于建立一个通用的速率方程框架，该框架独立于反应的驱动力（热力、光照或电势）。 第二章：结构与性能的通用关联 催化剂的性能高度依赖于其结构。本章将系统性地介绍描述催化剂形态的关键参数，如比表面积、孔隙率、晶面暴露以及缺陷密度。我们讨论如何通过诸如沉淀法、溶胶-凝胶法、模板法等通用合成技术，来调控这些结构特征。重点分析尺寸效应（Size Effect）的普遍性，探讨纳米尺度的结构变化如何深刻影响催化活性和选择性，但完全规避对特定电化学界面的讨论。我们将侧重于固体催化剂的形貌控制，而非电荷转移的特定机制。例如，对特定晶面（如立方体的（100）面与八面体的（111）面）的吸附性能差异进行比较分析，这是一种纯粹的表面化学问题。 第三章：表征技术的全景扫描 理解催化剂需要多尺度的表征手段。本章全面概述了现代催化研究中不可或缺的分析技术，重点放在那些能揭示催化剂结构、化学态和表面环境的非原位（Operando）或近原位技术。我们将深入探讨X射线衍射（XRD）在分析晶相和晶粒尺寸上的应用，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）在形态学分析中的作用，以及它们如何共同构建催化剂的物理图像。此外，光谱学方法，如傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱，如何用于识别表面吸附物种，这些方法是分析任何催化过程的通用工具，不论其驱动力为何。本章强调的是获取结构信息的通用方法论。 第二部分：催化剂的工程化与应用领域拓展 本部分将跳出基础科学的范畴，探讨催化在更广泛的工程和环境领域中的应用，重点放在如何通过催化来解决重大的材料和可持续性挑战。 第四章：环境友好型催化技术的实现 环境催化是保障人类社会可持续发展的关键领域。本章聚焦于那些旨在消除或转化有害物质的催化系统。我们将分析臭氧（O₃）的产生、二氧化硫（SO₂）的转化、以及挥发性有机化合物（VOCs）的催化氧化过程。讨论的重点是高效、低能耗地实现这些转化所需的催化剂设计原则，例如，如何设计能在较低温度下激活惰性分子的材料。我们探讨的净化过程是基于化学反应速率的提升，而非涉及到精确的电势控制。例如，光催化（Photocatalysis）在水净化中的应用——侧重于光子吸收与电子-空穴对的产生及其在界面上的分离效率，而不是特定的电荷传输路径。 第五章：从石油化工到精细合成的通用催化平台 催化剂是现代化学工业的支柱。本章回顾了那些在基础化学品制造中占据核心地位的催化过程，例如氨的合成（但不讨论其电化学合成路径）、烃类的裂化与重整（例如，沸石分子筛在酸催化裂化中的作用）。我们将分析如何通过调整催化剂的酸性、碱性或金属分散度来指导反应产物的选择性。这部分内容涵盖了工业上常用的多相催化反应器设计原则，如固定床和流化床反应器，这些工程设计关注的焦点是传质与传热效率，而非电化学反应动力学。 第六章：生物体系中的催化模拟与模仿 生命体是自然界中最精妙的催化系统。本章探讨科学家如何从酶催化（Enzyme Catalysis）中汲取灵感，设计出具有极高选择性和活性的模拟物。我们将分析天然酶活性中心的几何结构、底物识别机制以及协同催化（Cooperative Catalysis）的原理。重点在于模拟酶如何利用微环境（如亲水/疏水腔体）来稳定过渡态，从而实现对反应路径的精确导向。这些生物启发的设计原则可以被广泛应用于非生物催化剂的理性设计中，旨在实现对手性分子或复杂分子的精准合成，其核心是空间和电子效应的协同作用。 结语：面向未来的催化剂创新范式 本书的终极目标是强调催化科学作为一门跨学科的综合性学科的巨大潜力。未来的催化剂设计将越来越多地依赖于计算化学的强大预测能力和高通量实验的快速筛选。成功的催化创新将源于对材料科学、物理化学和工程学原理的深刻融合，旨在以更少的资源、更少的环境负荷，实现更高的化学转化效率。本书为读者构建了一个坚实的理论基础和广阔的应用视野，以应对未来可持续发展中的重大科学挑战。

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