In-situ Spectroscopic Studies of Adsorption at the Electrode and Electrocatalysis pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Shi-Gang Sun

出品人:

页数:558

译者:

出版时间:2007-4

价格:225

装帧:HRD

isbn号码:9780444518705

丛书系列:

图书标签:

电化学
原位光谱
吸附
电催化
界面化学
材料科学
电极过程
光谱学
催化
能源材料

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具体描述

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In-Situ Spectroscopic Studies of Adsorption at the Electrode and Electrocatalysis is a new reference on in-situ spectroscopic techniques/applications, fundamentals of electrocatalysis at molecule level, and progresses within electrochemical surface science. Presenting both essential background knowledge at graduate level and original research within the fields of spectroscopy, electrochemistry, and surface science.

Featuring 15 chapters by prominent worldwide scholars, based on their recent progress in different aspects of in-situ spectroscopy studies, this book will appeal to a wide audience of scientists. In summary this book is highly suitable for graduates learning basic concepts and advanced applications of in-situ spectroscopy, electrocatalysis and electrode adsorptions.

* Written by the most active scientists in the fields of spectroscopy, electrochemistry and surface science * Essential background knowledge for graduate students * A modern reference of cutting-edge scientific research

《催化剂前沿：从微观界面到宏观反应》引言在当代化学、材料科学与能源技术领域，对催化过程的深入理解是实现高效、可持续化学转化的基石。催化剂，作为改变反应路径、降低活化能的物质，其性能的优劣直接决定了化学工业的效率与环境友好性。然而，许多重要的催化反应，尤其是在液相或气固界面发生的反应，其机理的复杂性远超传统理论模型的预测。反应过程中，催化剂表面活性位点的动态演变、反应中间体的瞬时存在、以及电化学环境对电子结构和反应势垒的微妙调控，构成了理解和优化催化剂性能的重大挑战。本书旨在超越对传统催化剂结构与性能的静态描述，聚焦于动态催化过程及其多尺度表征。我们不探讨电极界面的原位光谱学研究或电催化现象本身，而是将视野拓展至更广泛的、涉及界面化学、反应动力学和先进表征技术在多相催化领域的综合应用。本书将构建一个跨越分子尺度到工程尺度的理论和实验框架，以期为新一代高性能催化剂的设计与开发提供坚实的科学基础。 --- 第一部分：多相催化反应的本质与挑战本部分将奠定对多相催化基础的认识，重点关注反应在不同介质中发生的独特性质，而非局限于电化学体系。第一章：催化反应界面的结构敏感性催化剂的性能往往高度依赖于其表面原子排布和缺陷状态。本章将深入探讨晶面效应（Facet Effects）、边缘和角位点的独特催化活性。我们将分析如何通过精确的纳米结构控制来调控这些界面特征。内容将包括：表面缺陷工程：氧空位、孪晶界线和位错如何作为活性中心，以及如何通过热处理或化学改性来“锁定”这些高能态结构。多相接触的几何匹配：讨论载体与活性组分之间的相互作用（SMSI效应的非电化学视角），以及如何利用这些相互作用来稳定高分散度或高活性的纳米颗粒。亚表面原子对催化活性的影响：探讨下层原子对顶层吸附物电子态的调控机制，这对于理解合金催化剂或掺杂体系至关重要。第二章：反应中间体的动力学捕捉与理论模拟理解催化循环的关键在于识别并量化反应中间体的寿命和能垒。本章将侧重于非电化学体系中动力学研究的方法论。瞬态反应技术：详细介绍脉冲进样、反应物/产物切换（switching experiments）以及原位红外光谱（IR）在捕捉非稳态物种方面的应用，但重点将放在气体吸附/脱附动力学和反应速率常数的确定上。密度泛函理论（DFT）在反应路径搜索中的应用：讨论如何使用高精度计算方法来预测过渡态结构，并结合动力学蒙特卡洛（KMC）模拟，构建从分子到宏观速率的桥梁。我们将重点分析非电化学反应中热力学驱动力的影响。表面覆盖度和催化剂失活：研究反应过程中积碳（coking）或烧结等失活机制，并探讨如何通过动力学模型来预测催化剂寿命。 --- 第二部分：先进表征技术在多相催化中的应用本部分的核心是介绍多种非电化学、高分辨率的表征技术，它们能够提供反应状态下的结构和电子信息。第三章：高分辨电子显微镜下的动态成像本章将聚焦于在接近反应条件下进行的原位/准原位电子显微镜技术。原位高分辨透射电镜（HRTEM）/扫描透射电镜（STEM）：讨论如何构建反应器附件，在加热、通入反应气体或溶剂蒸汽的情况下，实时观测纳米颗粒的尺寸变化、晶格重构和表面重构。特别关注原子尺度的“催化剂重塑”现象。环境透射电镜（ETEM）的应用局限与拓展：分析在不同气体压力和温度下，如何通过谱学信号（如衍射或背散射电子成像）来推断表面的化学状态，而非仅仅是结构变化。第四章：固态/气相反应的光谱学探针本章探讨用于分析固体表面物种和吸附态的非电化学光谱技术。原位拉曼光谱与傅里叶变换红外光谱（FTIR）：重点分析如何利用这些技术来识别表面吸附的反应物、中间体和表面物种的振动模式。讨论如何区分气相物种和表面物种，以及如何利用不同温度下的光谱变化来构建反应能量图。 X射线吸收谱学（XAS/XANES/EXAFS）在结构解析中的应用：阐述如何利用同步辐射光源的优势，在反应气氛中确定金属催化剂的氧化态变化和近邻配位环境，从而追踪催化循环中活性中心的电子结构演变。 --- 第三部分：催化剂设计与工程化本部分将讨论如何将微观尺度的理解转化为宏观的反应器设计和高性能催化剂的制备。第五章：多功能催化剂的设计原则现代催化往往需要多种活性位点的协同作用。本章将讨论如何构建具有多功能性的催化体系。协同效应的定量评估：探讨如何通过组分间的相互作用（如酸-碱协同、氧化还原协同）来超越单一组分催化剂的性能极限。单原子催化剂（SACs）的机遇与挑战：深入分析单原子位点的独特电子结构优势，以及它们在稳定性和抗烧结方面的工程化策略，区别于电化学还原应用中的稳定性问题。载体材料对催化活性的调控：讨论介孔材料、MOFs（金属有机骨架）和共价有机框架（COFs）作为载体或骨架材料，如何通过孔道结构和表面化学来限制或引导反应路径。第六章：从实验室到工业规模的放大理解和优化微观界面后，将面临如何将高性能催化剂成功应用于实际反应器的工程问题。反应器设计与传质传热限制：分析在固定床、流化床等不同反应器中，传质（外部和内部）和传热如何成为限制整体反应速率的瓶颈，以及如何通过颗粒形貌控制和催化剂床层优化来缓解这些限制。催化剂的稳定性与再生：讨论工业催化剂面临的长期操作条件下的稳定性问题，包括热稳定性、毒化和积碳，以及有效的原位或离线再生策略的开发。 --- 总结本书通过系统地整合尖端的实验表征技术和先进的计算化学方法，为读者提供了一个全面而深入的视角，用以解析复杂多相催化反应的内在机制。重点在于理解动态界面、瞬态物种以及结构-性能关系在非电化学环境下的演化规律，旨在推动新一代高效、稳定、可设计的催化剂材料的研发与应用。