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氮杂碳纳米材料催化氧还原反应:机理及性能研究电子书

1.本书所介绍的不同类型的过渡金属-氮杂石墨烯材料具有价格低廉的优,作为ORR催化剂在未来有大规模商业化应用的潜力,作者所做研究有利于为实验上发展新型氮杂碳材料催化剂、调整催化剂的局部结构、提高催化剂活性和选择性提供理论基础。2.本书介绍了不同类型的过渡金属-氮杂石墨烯材料的氧还原反应机理和催化性能,有助于一步增强相关材料的催化活性,推动其在实际中的应用。3.本书结构科学严谨,首先介绍了氮杂碳纳米材料催化剂的研究背景和意义,阐述了所有可能的ORR机理;随后介绍了氮杂碳材料催化剂的研究方法,充分证明了该方法的正确性和科学性;后面章节具体展了对各种氮杂碳材料催化剂的催化机理研究,包括热力学性质和动力学数据的获取;总结了各因素对氮杂碳材料催化剂催化性能的影响。

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作       者:张静

出  版  社:化学工业出版社

出版时间:2023-11-01

字       数:15.6万

所属分类: 科技 > 工业技术 > 重工业

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本书以氮杂碳纳米材料催化燃料电池阴极氧还原反应为主线,主要采用量子化学密度泛函理论计算方法,构建了含不同过渡金属、不同类型氮、不同氮配位数的氮杂石墨烯模型,在电子 -分子水平上研究了各种结构催化剂氧还原反应的催化机理和催化性能,全面分析了可能的氧还原反应机理,计算了中间涉及的所有可能的基元反应的反应能和活化能,通过比较活化能得到一条能量最低反应通道,并找到该通道的决速步骤等,获得了体系详细的动力学和热力学数据。本书旨在研究各种不同因素对催化剂氧还原反应催化性能的影响,揭示催化剂结构与催化性能之间的构效关系。本书具有较强的技术性、针对性和专业性,可供从事电化学催化剂研究的科研人员和技术人员参考,也供高等学校化学工程、材料工程、能源工程及相关专业师生参阅。<br/>【推荐语】<br/>1.本书所介绍的不同类型的过渡金属-氮杂石墨烯材料具有价格低廉的优,作为ORR催化剂在未来有大规模商业化应用的潜力,作者所做研究有利于为实验上发展新型氮杂碳材料催化剂、调整催化剂的局部结构、提高催化剂活性和选择性提供理论基础。2.本书介绍了不同类型的过渡金属-氮杂石墨烯材料的氧还原反应机理和催化性能,有助于一步增强相关材料的催化活性,推动其在实际中的应用。3.本书结构科学严谨,首先介绍了氮杂碳纳米材料催化剂的研究背景和意义,阐述了所有可能的ORR机理;随后介绍了氮杂碳材料催化剂的研究方法,充分证明了该方法的正确性和科学性;后面章节具体展了对各种氮杂碳材料催化剂的催化机理研究,包括热力学性质和动力学数据的获取;总结了各因素对氮杂碳材料催化剂催化性能的影响。<br/>【作者】<br/>张静,太原科技大学化学与生物工程学院副教授,硕士生导师,中国科学院山西煤炭化学研究所博士,物理化学专业。主要从事燃料电池能量转化,催化机理,小原子、分子在固体表面的吸附与解离,理论计算化学等领域的研究。在Journal of Materials Chemistry A.,Journal of Power Sources,Journal of The Electrochemical Society,Journal of Molecular Modeling,Surface and Interface Analysis,结构化学,化学学报等国内外学术期刊发表SCI论文20余篇。<br/>
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内容简介

前言

第1章 绪论

1.1 燃料电池

1.1.1 阴极氧还原反应

1.1.2 阴极氧还原反应催化剂

1.2 氮杂碳纳米材料催化剂性能研究

1.2.1 主要性能

1.2.2 主要研究方法

1.2.3 主要应用及趋势分析

1.2.4 相关政策及导向

1.3 图书框架结构及撰写目的

1.3.1 框架结构

1.3.2 内容特色

1.3.3 撰写目的

参考文献

第2章 理论基础与计算方法

2.1 概况

2.1.1 Born-Oppenheimer近似

2.1.2 电子问题

2.2 理论基础

2.2.1 Thomas-Fermi模型

2.2.2 Hohenberg-Kohn(HK)定理

2.2.3 Kohn-Sham方程

2.2.4 交换相关泛函

2.2.5 基组

2.3 计算方法

2.3.1 使用基组

2.3.2 自旋极化

2.3.3 过渡态搜索

2.4 计算参数和公式

2.4.1 计算参数

2.4.2 计算公式

参考文献

第3章 FeNx-G(x=2+2,4)结构催化剂性能研究

3.1 计算模型及参数

3.2 催化剂的形成能和结合能

3.3 FeN2+2-G催化剂的ORR催化机理

3.3.1 O2在FeN2+2-G表面上的吸附

3.3.2 O2分子的解离及OOH的形成

3.3.3 OOH(ads)的解离与还原

3.3.4 O(ads)和OH(ads)的还原

3.3.5 ORR催化路径

3.4 FeN4-G催化剂的ORR催化机理

3.4.1 O2的吸附和解离

3.4.2 OOH的形成

3.4.3 OOH(ads)的还原

3.4.4 电极电势对ORR的影响

3.4.5 ORR催化路径

3.5 FeNx-G(x=2+2,4)结构催化剂ORR催化性能

参考文献

第4章 FeN2-G结构催化剂性能研究

4.1 计算参数及模型

4.2 中间体的吸附

4.2.1 氧分子的吸附

4.2.2 H2O2分子的吸附与解离

4.2.3 其他中间体的吸附

4.2.4 结构对吸附性质的影响

4.3 ORR催化机理

4.3.1 O2(ads)的解离和还原

4.3.2 OOH的解离和还原

4.3.3 O(ads)和OH(ads)的还原

4.3.4 ORR催化路径

4.3.5 电极电势对ORR的影响

4.4 FeN2-G结构催化剂ORR催化性能

参考文献

第5章 FeN3-G结构催化剂性能研究

5.1 计算参数及模型

5.2 中间体的吸附

5.2.1 氧分子的吸附

5.2.2 水分子的吸附

5.2.3 OOH的吸附

5.2.4 H2O2的吸附

5.3 ORR催化机理

5.3.1 O2(ads)的解离

5.3.2 OOH的形成

5.3.3 OOH的解离

5.3.4 OOH(ads)的还原

5.3.5 O和OH的还原

5.4 ORR路径

5.4.1 动力学分析

5.4.2 热力学分析

5.5 外电场对H2O分子吸附的影响

5.5.1 计算方法与模型

5.5.2 H2O分子的吸附

5.5.3 外电场对结构的影响

5.5.4 外电场对吸附能和吸附高度的影响

5.5.5 外电场对吸附体系的影响

5.6 FeNx-G的ORR性能比较

参考文献

第6章 CoNx-G(x=2+2,4)结构催化剂性能研究

6.1 计算参数及模型

6.2 CoN2+2-G催化剂的ORR机理

6.2.1 中间体在表面上的吸附

6.2.2 O2的解离和OOH的形成

6.2.3 四电子反应路径

6.2.4 二电子反应路径

6.2.5 氧还原反应机理

6.2.6 吉布斯自由能变化

6.3 CoN4-G催化剂的ORR机理

6.3.1 中间体在表面上的吸附

6.3.2 O2的解离和OOH的形成

6.3.3 四电子反应路径

6.3.4 二电子反应路径

6.3.5 氧还原反应机理

6.3.6 吉布斯自由能变化

6.4 ORR催化性能

参考文献

第7章 CoN2-G结构催化剂性能研究

7.1 计算参数及模型

7.2 中间体的吸附

7.2.1 O2的吸附

7.2.2 H2O2的吸附

7.3 ORR反应

7.3.1 O2(ads)的解离及OOH的形成

7.3.2 OOH(ads)的还原

7.3.3 H2O2(ads)的生成

7.3.4 O(ads)和OH(ads)的还原

7.4 电位对ORR的影响

7.5 CoN2-G的ORR催化性能比较

7.6 MNx-G的ORR催化性能比较

参考文献

第8章 氮杂石墨烯催化剂性能研究

8.1 计算模型及参数

8.2 ORR催化机理

8.2.1 O2在氮杂石墨烯上的吸附

8.2.2 O2的解离和OOH的生成

8.2.3 二电子还原路径

8.2.4 四电子还原路径

8.3 ORR催化性能

参考文献

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