电化学能源材料结构设计和性能调控

目录
第1章 引论 1
1.1 电化学能源在现代能源体系中的重要地位和面临的主要挑战 1
1.2 电化学能源体系及其材料的结构特征和调控 3
参考文献 9
第2章 金属单晶模型催化剂 10
2.1 表面结晶学基础 10
2.1.1 晶面密勒指数 11
2.1.2 基础晶面和高指数晶面 13
2.1.3 表面结构重建和吸附层结构 15
2.2 表面二维成核动力学理论 17
2.3 金属单晶模型催化剂的制备 19
2.4 金属单晶模型催化剂的表征 21
2.4.1 Pt族金属单晶电极的表面结构表征 21
2.4.2 币族金属单晶电极的表面结构表征 30
参考文献 35
第3章 电催化反应动力学 39
3.1 电催化基础 39
3.2 电催化双途径反应机理 40
3.3 有机小分子解离吸附反应动力学 44
3.3.1 C1分子解离吸附反应动力学 44
3.3.2 乙二醇解离吸附反应动力学 48
3.4 有机小分子直接氧化反应动力学 52
3.4.1 甲酸直接氧化反应动力学 52
3.4.2 异丙醇直接氧化反应动力学 59
参考文献 65
第4章 电催化剂表面结构效应 72
4.1 C1分子电催化氧化 72
4.1.1 一氧化碳 72
4.1.2 甲醇 76
4.1.3 甲酸 84
4.2 C2分子电催化氧化 88
4.2.1 乙醇 88
4.2.2 乙二醇 92
4.3 其他重要能源电化学反应 98
4.3.1 氢气电催化氧化 98
4.3.2 氧气电催化还原 101
4.3.3 二氧化碳电催化还原 103
4.4 电催化活性位结构模型 106
参考文献 110
第5章 高指数晶面结构纳米晶的形状控制合成 121
5.1 晶体生长原理及规律 121
5.1.1 晶体成核规律 121
5.1.2 晶体生长热力学 122
5.1.3 晶体与基底相互作用的吉布斯-乌尔夫理论 124
5.1.4 晶体的形状与表面原子排列结构 126
5.2 电化学法制备高指数晶面结构纳米晶 128
5.2.1 Pt纳米晶 128
5.2.2 Pd纳米晶 136
5.2.3 Rh纳米晶 139
5.2.4 合金纳米晶 139
5.3 湿化学法合成高指数晶面结构纳米晶 143
5.3.1 Pt纳米晶 143
5.3.2 Pd纳米晶 144
5.3.3 Au纳米晶 146
5.3.4 合金纳米晶 149
5.3.5 核壳结构纳米晶 151
5.4 固态化学法合成高指数晶面结构纳米晶 153
参考文献 155
第6章 高指数晶面结构金属及其合金纳米催化剂的电催化性能 160
6.1 有机小分子电催化氧化 160
6.1.1 甲酸 160
6.1.2 甲醇 163
6.1.3 乙醇 166
6.1.4 纳米模型催化剂 169
6.2 氧气还原 171
6.3 二氧化碳还原 173
6.4 氮气还原 177
参考文献 178
第7章 燃料电池非贵金属氧还原催化剂的结构设计和性能调控 186
7.1 热解型M/N/C催化剂的制备与调控策略 187
7.1.1 提高M/N/C催化剂的本征活性 187
7.1.2 提高M/N/C催化剂的电子导电性 194
7.1.3 提高M/N/C催化剂的传质性能 195
7.2 M/N/C催化剂的活性位结构 197
7.3 M/N/C催化剂的表界面过程 203
7.4 非贵金属氧还原催化剂的燃料电池性能与稳定性 204
7.4.1 氢-质子交换膜燃料电池(H2-PEMFC) 205
7.4.2 酸性直接甲醇燃料电池(DMFC) 209
7.4.3 热解型M/N/C氧还原催化剂的稳定性 212
参考文献 216
第8章 锂离子电池电极材料的结构设计和性能调控 222
8.1 电极材料的结构与性能基础 222
8.1.1 锂离子电池的电化学性能 222
8.1.2 锂离子电池的电极材料 224
8.1.3 锂离子电池电极材料与锂离子反应类型 225
8.2 层状氧化物正极材料的结构与性能调控 227
8.2.1 层状金属氧化物正极材料晶面的调控思路 227
8.2.2 晶体生长习性调变的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纳米砖材料 231
8.2.4 一维纳米结构层状氧化物材料 235
8.2.5 分级结构层状氧化物材料 237
8.3 尖晶石型氧化物正极材料的结构与性能调控 239
8.3.1 尖晶石正极材料晶面调控 239
8.3.2 尖晶石型氧化物正极材料的体相掺杂与表面修饰 243
8.3.3 层状-尖晶石复合结构材料 243
8.4 聚阴离子型正极材料的结构与性能调控 247
8.4.1 LiFePO4晶体结构分析 247
8.4.2 (010)晶面包络的LiFePO4纳米片材料 248
8.4.3 (010)晶面包络的一维LiFePO4纳米材料 250
8.5 硅负极材料的结构与性能调控 251
8.5.1 硅负极材料结构和组分调控 251
8.5.2 黏结剂提升硅负极材料性能 255
8.6 基于转换反应的氧化物负极材料的结构与性能调控 259
8.6.1 Co3O4负极材料 260
8.6.2 Mn基氧化物负极材料 262
8.7 本章 小结 265
参考文献 265
第9章 结论与展望 273
参考文献 278