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