電化學能源材料結構設計和性能調控

目錄
第1章 引論 1
1.1 電化學能源在現(xiàn)代能源體系中的重要地位和面臨的主要挑戰(zhàn) 1
1.2 電化學能源體系及其材料的結構特征和調控 3
參考文獻 9
第2章 金屬單晶模型催化劑 10
2.1 表面結晶學基礎 10
2.1.1 晶面密勒指數(shù) 11
2.1.2 基礎晶面和高指數(shù)晶面 13
2.1.3 表面結構重建和吸附層結構 15
2.2 表面二維成核動力學理論 17
2.3 金屬單晶模型催化劑的制備 19
2.4 金屬單晶模型催化劑的表征 21
2.4.1 Pt族金屬單晶電極的表面結構表征 21
2.4.2 幣族金屬單晶電極的表面結構表征 30
參考文獻 35
第3章 電催化反應動力學 39
3.1 電催化基礎 39
3.2 電催化雙途徑反應機理 40
3.3 有機小分子解離吸附反應動力學 44
3.3.1 C1分子解離吸附反應動力學 44
3.3.2 乙二醇解離吸附反應動力學 48
3.4 有機小分子直接氧化反應動力學 52
3.4.1 甲酸直接氧化反應動力學 52
3.4.2 異丙醇直接氧化反應動力學 59
參考文獻 65
第4章 電催化劑表面結構效應 72
4.1 C1分子電催化氧化 72
4.1.1 一氧化碳 72
4.1.2 甲醇 76
4.1.3 甲酸 84
4.2 C2分子電催化氧化 88
4.2.1 乙醇 88
4.2.2 乙二醇 92
4.3 其他重要能源電化學反應 98
4.3.1 氫氣電催化氧化 98
4.3.2 氧氣電催化還原 101
4.3.3 二氧化碳電催化還原 103
4.4 電催化活性位結構模型 106
參考文獻 110
第5章 高指數(shù)晶面結構納米晶的形狀控制合成 121
5.1 晶體生長原理及規(guī)律 121
5.1.1 晶體成核規(guī)律 121
5.1.2 晶體生長熱力學 122
5.1.3 晶體與基底相互作用的吉布斯-烏爾夫理論 124
5.1.4 晶體的形狀與表面原子排列結構 126
5.2 電化學法制備高指數(shù)晶面結構納米晶 128
5.2.1 Pt納米晶 128
5.2.2 Pd納米晶 136
5.2.3 Rh納米晶 139
5.2.4 合金納米晶 139
5.3 濕化學法合成高指數(shù)晶面結構納米晶 143
5.3.1 Pt納米晶 143
5.3.2 Pd納米晶 144
5.3.3 Au納米晶 146
5.3.4 合金納米晶 149
5.3.5 核殼結構納米晶 151
5.4 固態(tài)化學法合成高指數(shù)晶面結構納米晶 153
參考文獻 155
第6章 高指數(shù)晶面結構金屬及其合金納米催化劑的電催化性能 160
6.1 有機小分子電催化氧化 160
6.1.1 甲酸 160
6.1.2 甲醇 163
6.1.3 乙醇 166
6.1.4 納米模型催化劑 169
6.2 氧氣還原 171
6.3 二氧化碳還原 173
6.4 氮氣還原 177
參考文獻 178
第7章 燃料電池非貴金屬氧還原催化劑的結構設計和性能調控 186
7.1 熱解型M/N/C催化劑的制備與調控策略 187
7.1.1 提高M/N/C催化劑的本征活性 187
7.1.2 提高M/N/C催化劑的電子導電性 194
7.1.3 提高M/N/C催化劑的傳質性能 195
7.2 M/N/C催化劑的活性位結構 197
7.3 M/N/C催化劑的表界面過程 203
7.4 非貴金屬氧還原催化劑的燃料電池性能與穩(wěn)定性 204
7.4.1 氫-質子交換膜燃料電池(H2-PEMFC) 205
7.4.2 酸性直接甲醇燃料電池(DMFC) 209
7.4.3 熱解型M/N/C氧還原催化劑的穩(wěn)定性 212
參考文獻 216
第8章 鋰離子電池電極材料的結構設計和性能調控 222
8.1 電極材料的結構與性能基礎 222
8.1.1 鋰離子電池的電化學性能 222
8.1.2 鋰離子電池的電極材料 224
8.1.3 鋰離子電池電極材料與鋰離子反應類型 225
8.2 層狀氧化物正極材料的結構與性能調控 227
8.2.1 層狀金屬氧化物正極材料晶面的調控思路 227
8.2.2 晶體生長習性調變的Li(Li0.17.nNi0.25 Mn0.58)02材料 229
8.2.3 具有高{0110}晶面比例的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2納米磚材料 231
8.2.4 一維納米結構層狀氧化物材料 235
8.2.5 分級結構層狀氧化物材料 237
8.3 尖晶石型氧化物正極材料的結構與性能調控 239
8.3.1 尖晶石正極材料晶面調控 239
8.3.2 尖晶石型氧化物正極材料的體相摻雜與表面修飾 243
8.3.3 層狀-尖晶石復合結構材料 243
8.4 聚陰離子型正極材料的結構與性能調控 247
8.4.1 LiFePO4晶體結構分析 247
8.4.2 (010)晶面包絡的LiFePO4納米片材料 248
8.4.3 (010)晶面包絡的一維LiFePO4納米材料 250
8.5 硅負極材料的結構與性能調控 251
8.5.1 硅負極材料結構和組分調控 251
8.5.2 黏結劑提升硅負極材料性能 255
8.6 基于轉換反應的氧化物負極材料的結構與性能調控 259
8.6.1 Co3O4負極材料 260
8.6.2 Mn基氧化物負極材料 262
8.7 本章 小結 265
參考文獻 265
第9章 結論與展望 273
參考文獻 278