Catalysts For Nitrogen Fixation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Smith, B. (EDT)/ Richards, Raymond L. (EDT)/ Newton, William E. (EDT)/ Richards, R. L. (EDT)

出品人:

页数:340

译者:

出版时间:

价格:$142.00

装帧:HRD

isbn号码:9781402025082

丛书系列:

图书标签:

• Nitrogen Fixation
• Catalysis
• Biochemistry
• Environmental Science
• Agricultural Science
• Microbiology
• Chemical Engineering
• Sustainable Agriculture
• Bioinorganic Chemistry
• Plant Physiology

催化剂在新能源与可持续发展中的应用前景 本书深入探讨了催化剂科学在应对当前全球能源挑战和推动可持续发展议程中的核心作用。全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到前沿应用的多个维度，旨在为化学工程、材料科学、能源技术等领域的研究人员、工程师和政策制定者提供一个全面而深刻的视角。 第一部分：催化剂科学的基石与挑战 本部分奠定了理解现代催化剂工作原理的理论基础，并明确了当前研究面临的关键瓶颈。 第一章：催化反应的动力学与热力学基础 本章详细阐述了催化剂如何通过降低反应能垒来加速化学反应。重点分析了表面吸附、反应中间体形成和产物解吸的速率决定步骤。引入了密度泛函理论（DFT）计算在预测催化活性位点和反应路径中的应用，并讨论了如何通过实验技术（如原位光谱学）验证理论模型。特别关注了多相催化中活性组分的分散度和稳定性对整体性能的影响。 第二章：活性位点的精确调控 催化剂的性能高度依赖于其活性位点的结构、电子态和空间环境。本章系统梳理了调控活性位点的各种策略： 尺寸效应与量子效应： 研究了纳米颗粒尺寸对电子结构和催化性能的非线性影响，特别是在贵金属催化剂中的表现。 配位环境工程： 探讨了通过引入配体或改变载体材料来调整金属原子周围电子密度的技术，例如利用配位不饱和位点（CUS）的催化优势。 缺陷工程： 深入分析了晶格缺陷（如空位、边缘和扭曲面）作为高活性催化中心的形成机制及其在复杂反应中的选择性控制。 第三章：载体材料与结构导向 催化剂的载体不仅仅是惰性支撑物，它们通过影响活性组分的稳定性和电子传输，对催化过程起着至关重要的作用。本章对比了传统氧化物（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3$、$ ext{SiO}_2$）与新型碳基材料、金属有机框架（MOFs）作为载体的优劣。重点讨论了如何通过界面工程设计“协同效应”，增强金属-载体间的相互作用（SMSI效应），从而提高催化剂的抗烧结能力和寿命。 --- 第二部分：面向能源转化的关键催化技术 本部分聚焦于当前能源领域最迫切需要的几大催化应用，强调了技术从实验室走向工业化的可行性。 第四章：可持续燃料的合成：从生物质到高价值化学品 生物质资源的高效转化是实现碳中和目标的关键路径之一。本章详述了用于脱氧、水解和重整反应的催化体系。 纤维素和半纤维素的催化转化： 重点介绍了双功能催化剂在一步法中同时实现水解和酯化反应的机制，以及如何提高产物（如羟甲基糠醛 HMF）的选择性。 生物油的加氢精制： 讨论了用于去除生物油中氧和氮杂原子的高效催化剂设计，特别是负载型非贵金属催化剂在温和条件下的性能突破。 第五章：电化学与光催化驱动的能源载体生产 利用可再生电力或太阳能驱动化学反应是未来能源系统的核心。本章深入剖析了电催化和光催化中的设计原理。 绿色氢气的生产（水分解）： 详细比较了析氧反应（OER）和析氢反应（HER）的最新进展。重点介绍了基于过渡金属氧化物、硫化物和磷化物的高效非贵金属电催化剂，并探讨了在碱性、中性和酸性电解质中的稳定性差异。 二氧化碳的电化学还原（$ ext{CO}_2 ext{RR}$）： 探讨了如何利用特殊形貌的铜基催化剂实现$ ext{C}_1$产物（如$ ext{CO}$、甲酸）或$ ext{C}_2+$产物（如乙醇、丙醇）的选择性生成。强调了电极/电解质界面在控制产物分布中的关键作用。 第六章：高效储能系统的界面催化 在电池和燃料电池技术中，催化剂在电极界面处的反应动力学直接决定了器件的效率和寿命。 燃料电池中的氧还原反应（ORR）： 评估了铂基催化剂的替代方案，特别是氮化碳材料负载的单原子催化剂（SACs）在提升活性和抗中毒性方面的优势。 金属-空气电池（如锌-空气电池）： 分析了空气电极催化剂（OER/ORR）的设计，以降低充放电过电位，延长循环寿命。 --- 第三部分：环境催化与可持续化学 本部分关注催化剂在减轻环境污染和促进绿色化学过程中的应用。 第七章：空气污染物的催化控制 针对工业排放和交通尾气中的有害物质，本章介绍了先进的催化转化技术。 挥发性有机化合物（VOCs）的深度氧化： 重点讨论了低温催化氧化技术，特别是锰基和铈基催化剂在分解甲苯、甲醛等复杂VOCs时的活性与选择性。分析了催化剂在湿气和硫中毒环境下的长期稳定性。 选择性催化还原（SCR）技术： 对钒基和非钒基催化剂在脱硝反应中的性能进行了细致对比，并提出了提高低温活性和抗硫化能力的策略。 第八章：水净化与污染物降解 本章探讨了利用催化技术去除水体中有机污染物和新兴污染物的潜力。 高级氧化过程（AOPs）中的催化剂： 介绍了类芬顿反应和臭氧催化氧化中，负载型过渡金属催化剂如何高效活化氧化剂（如过氧化氢、臭氧），产生高活性自由基（如羟基自由基）以矿化难降解有机物。 催化膜反应器： 讨论了将催化活性材料集成到膜分离系统中的新兴技术，实现污染物的高效去除与催化转化的同步进行。 第九章：绿色合成路线与原子经济性 本书最后一部分展望了如何利用催化剂构建更环保的化学合成工艺。 C-H键的直接功能化： 介绍了如何设计能够特异性活化惰性C-H键的催化体系，从而避免预官能团化步骤，显著提高合成效率并减少副产物。 非金属催化与生物催化融合： 探索了有机小分子催化剂和酶催化剂在温和条件下实现高选择性转化的前沿研究，为制药和精细化工领域提供可持续的替代方案。 全书强调了计算模拟与实验验证的紧密结合，并对未来催化剂设计应如何面向实际工程需求提出了建设性的思考。通过对多相、均相和电化学催化体系的系统梳理，本书为读者提供了一幅关于催化剂驱动可持续未来的清晰蓝图。

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