电化学氧还原的理论基础和应用技术

☆本书从氧还原反应的重要性及其动力学机制等入手，展开介绍氧还原反应之机理、相关实验测试、研究中使用之催化材料等等，环环相扣，逻辑清晰，具有严密的科学性和逻辑性。

☆当今社会人类对能源量与质的需求，使燃料电池成为新能源的研究焦点。本书作者沈培康教授研究电化学领域三十余年，在电化学、燃料电池专业领域有着丰富的经验，本书内容包含了作者大量研究成果，并且介绍了大量国内外研究学者的经验与成果，内容走在学科*前沿，具有国际视野，是一本集科学性、先进性为一体的专业学术著作。

☆理论联系实际，将理论通过具体实验方法转化为实际成果。本书在理论章节后介绍了相关催化剂制备技术，基于详实的理论研究，全面深入地讲解实验方法，*终以实例与探讨作为一系列实验成果的展示，并以应用的方式加以落实，对科研成果产业化应用有非常大的参考价值。

☆本书可供从事相关学科领域的高等学校和科研院所的教师、科研人员和工程技术人员及研究生参考，也可供从事电化学氧还原实验室进行实验测试的研究生和研究人员阅读和参考。

 

本书一共六章，主要介绍了电化学氧还原的机理、测试方法、常用的催化氧还原材料、催化剂制备技术及氧还原催化剂的应用。

在我们的生活和生产中，氧还原是一个非常重要的过程。在能源领域中的低温燃料电池、金属-空气电池、氧传感器及过氧化氢的制备等都涉及氧的还原过程。因此，需要从氧还原反应的机理出发，详细讨论氧还原反应的测量技术，探讨获得氧还原极化曲线的关键技巧及对实验数据的解析，从而得到评价氧还原性能的正确实验方法及测试过程中需要注意的事项，使实验测试技术得到积极的、实用性的提高。

科研成果转化为生产，可*程度实现科研的价值。本书在*后两章介绍了催化剂的批量生产和在生产中的应用，便于从事相关领域的研发人员及生产人员参考阅读。

沈培康，广西大学教授、博士生导师，男，1953年02月生，广西石墨烯研究院首席科学家。中国电化学委员会燃料电池分会主席，中国材料研究学会终身会员，广西石墨烯标准化技术委员会主任。主要专长包括燃料电池、超级电容器、和锂离子电池在内的能源材料和装置，包括纳米功能材料、微观电化学和石墨烯宏量制备技术等。先后承担国家重大科技项目、国家863项目、国家基金委-广东省联合项目、国家自然科学基金国际重大和联合基金项目及产学研等五十余项。迄今为止，共培养了29名博士研究生，59名硕士研究生和10名博士后。在能源材料领域核心专业期刊如Chem. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Energy & Environ.
Sci.等发表论文350余篇，累计ESI论文25篇，h-因子55。工作被广泛引用超万次。2016年获选全球高校能源科学与工程学科最具影响力的高被引150名学者之一，爱思唯尔发布中国高被引学者（能源领域）排名2014年第二名、2015年第三名和2016年第三名。受世界科技出版集团CRC Press和Springer邀请组织编写能源材料科技前沿著作4部。作为大会主席主办了6次国际电化学能源材料会议。申请和授权国家发明专利七十余件。因在电化学能源领域做出的突出科学贡献，2013年获国家自然科学奖二等奖（第一完成人）。

目  录

第一章  绪论

1.1氧还原反应概述

1.2氧还原反应的动力学机制

1.2.1质子交换膜燃料电池的工作原理

1.2.2质子交换膜燃料电池的动力学过程

第二章  氧还原反应机理

2.1 氧还原应机理概述

2.2 二电子与四电子还原反应机理

2.2.1 氧还原起始步骤

2.2.2 氧还原反应控制因数

第三章  氧还原反应测试

3.1氧还原反应机理及测试手段

3.1.1氧还原反应机理

3.1.2氧还原反应测试手段

3.2电化学氧还原反应的研究方法

3.2.1 循环伏安法

3.2.2 旋转(环)盘电极

3.3氧的电化学还原反应测试

3.3.1参比电极

3.3.2工作电极

3.3.3电解质浓度对Pt/C催化剂氧还原性能测量的影响

3.3.4.电极成膜技术

3.4氧还原反应测试注意事项

3.5氧的电化学还原曲线分析

3.5.1氧的电化学还原曲线概述

3.5.2质量活性与比活性

3.6电化学比表面积测定

3.6.1常用电化学测定比表面积方法概述

3.6.2氢吸附区的积分电量

第四章 催化氧还原材料

4.1催化剂载体材料

4.1.1碳载体材料

4.1.2非碳载体材料

4.2 Pt基催化剂

4.2.1 Pt原子团簇

4.2.2 Pt基合金ORR催化剂

4.2.3 Pt基纳米结构ORR催化剂

4.2.4 M@Pt核壳结构ORR电催化剂

4.3 Pt-助催化剂体系

4.3.1过渡金属氧化物ORR助催化剂

4.3.2过渡金属碳化物ORR助催化剂

4.3.3石墨烯和掺杂石墨烯ORR助催化剂

4.4非Pt基催化剂

4.4.1Pd基ORR催化剂

4.4.2其他非Pt贵金属基ORR催化剂

4.4.3其它非贵金属ORR催化剂

4.5非金属催化剂

4.5.1掺杂碳纳米管

4.5.2硼掺杂碳纳米管

4.5.3掺杂石墨烯

4.5.4氮掺杂石墨烯

4.5.5其它杂质原子掺杂石墨烯

4.5.6共掺杂石墨烯

4.5.7其他掺杂碳材料

第五章  催化剂的制备技术

5.1实验室常用制备技术

5.1.1浸渍法

5.1.2水热与溶剂热法

5.1.3溶胶-凝胶法

5.2多元金属催化剂的制备方法

5.2.1共还原法

5.2.2晶种生长法

5.3物理技术制备与辅助

5.3.1溅射法

5.3.2超声化学法

5.3.3微波法

5.4催化剂的后期处理和活化

5.4.1腐蚀

5.4.2去合金化

5.4.3组分重组

5.4.4表面净化

5.4.5电化学活化

5.5催化剂批量制备实例和探讨

5.5.1增加反应的容量

5.5.2固相还原法

5.5.3液滴反应器连续合成

5.5.4绿色合成

第六章  氧还原催化剂的应用

6.1燃料电池应用

6.1.1起峰电位

6.1.2半波电位

6.1.3极限电流

6.2金属-空气电池

6.2.1金属-空气电池概述

6.2.2金属-空气电池分类

6.3二次锂-空气电池

6.3.1二次锂-空电池概述

6.3.2二次锂-空电池氧还原电催化过程

6.3.3二次锂-空电池氧还原电催化剂分类

6.3.4二次锂-空电池氧还原电催化剂展望