Catalysis for Sustainable Energy Production pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Barbaro, Pierluigi (EDT)/ Bianchini, Claudio (EDT)

出品人:

页数:474

译者:

出版时间:2009-5

价格:1963.00元

装帧:

isbn号码:9783527320950

丛书系列:

图书标签:

• Catalysis
• Sustainable Energy
• Energy Production
• Renewable Energy
• Green Chemistry
• Chemical Catalysis
• Energy Conversion
• Environmental Catalysis
• Heterogeneous Catalysis
• Photocatalysis

催化剂：驱动可持续能源未来的关键 在人类文明迈向高度发展的进程中，能源的获取与利用始终是核心驱动力。然而，随着全球气候变化日益严峻，化石燃料的枯竭与环境污染的加剧，传统的能源生产模式正面临前所未有的挑战。寻求清洁、高效、可再生的能源解决方案，已成为全人类刻不容缓的任务。在这个转型过程中，催化剂，这一在化学反应中扮演着“加速器”和“引导者”角色的神奇物质，正以前所未有的重要性，成为驱动可持续能源生产革命的关键力量。 《催化剂：驱动可持续能源未来的关键》一书，深入剖析了催化剂在多种可持续能源技术中的核心作用，揭示了它们如何突破现有瓶颈，开启更加清洁、高效的能源生产新纪元。本书并非仅仅罗列催化剂的种类与性质，而是从原理、应用、挑战与未来发展等多个维度，构建了一幅全面而深入的催化科学图景，旨在为读者，无论是能源领域的科研人员、工程师，还是对可持续能源抱有浓厚兴趣的普通读者，提供一个清晰、准确且富有启发性的视角。 一、 核心概念与催化原理：解锁能源转化的奥秘 本书的第一部分，将带领读者走进催化科学的殿堂。我们首先会从宏观层面理解催化剂的定义及其在现代工业中的普遍存在，为何它能在不被消耗的情况下显著提高反应速率，降低反应活化能。接着，我们将深入到微观层面，细致探讨不同类型的催化机制，包括均相催化、多相催化、生物催化以及光催化等。 均相催化： 深入分析活性中心溶解在反应介质中的催化剂，如许多有机金属催化剂，阐述它们在精细化学品合成、聚合反应等领域的应用，并讨论如何通过分子设计来调控其活性和选择性。 多相催化： 聚焦于活性组分与反应介质处于不同相的多相催化剂，如固体催化剂在气相或液相反应中的应用。我们将详细讲解表面化学、吸附-脱附机理、活性位点识别等关键概念，并以重整、加氢、氧化等经典工业过程为例，阐述其在石油化工、环保等领域的不可替代性。 生物催化： 探索酶等生物催化剂在温和条件下实现高度选择性转化的强大能力。本书将介绍酶的结构-功能关系，以及如何通过酶工程和固定化技术来优化其催化性能，使其在生物质转化、药物合成等领域大放异彩。 光催化： 揭示光催化剂如何利用光能驱动化学反应，为解决环境污染和能源短缺问题提供了新的思路。我们将探讨半导体光催化剂的能带结构、载流子分离与传输机制，以及在光解水制氢、光催化降解污染物等前沿领域的应用潜力。 通过对这些基本原理的深入解读，读者将能深刻理解催化剂为何能够以如此高效且经济的方式，推动大规模的化学转化，为可持续能源生产奠定坚实的理论基础。 二、 关键应用领域：催化剂赋能绿色能源革命 本书的重头戏在于，详细阐述催化剂在当下和未来最具潜力的可持续能源生产技术中的具体应用。本书将聚焦于以下几个核心领域： 氢能生产与储存： 氢气作为一种清洁的能源载体，其生产方式至关重要。本书将重点介绍： 水分解制氢： 无论是电催化分解水还是光催化分解水，高效、低成本的催化剂是实现规模化制氢的关键。我们将深入分析各种先进催化材料，如贵金属催化剂、过渡金属氧化物、硫化物以及新型二维材料等，在提高析氢/析氧反应效率、降低过电势方面的最新进展。 天然气重整制氢： 探讨用于蒸汽重整、干气重整等过程的高效催化剂，以及如何通过优化催化剂设计来减少碳排放，实现更清洁的制氢过程。 氨分解制氢： 分析氨作为氢载体，其分解制氢过程中的催化技术，以及如何在低温、高效的条件下实现氨的高效分解。 氢储存： 简要提及用于氢吸附和释放的储氢材料催化剂，以及相关的催化挑战。 生物质转化与生物燃料生产： 将生物质转化为高附加值的燃料和化学品，是实现碳中和的重要途径。本书将深入探讨： 生物质水解与糖化： 介绍用于纤维素、半纤维素水解的酶催化剂和酸催化剂，以及如何提高水解效率，降低成本。 生物质气化： 分析用于生物质气化过程中的催化剂，如何提高合成气（CO+H2）的产率和质量。 生物燃料合成： 详细介绍从生物质衍生的平台化合物（如糠醛、羟甲基糠醛、生物乙醇等）转化为生物柴油、生物汽油、生物航空燃料等过程中的关键催化技术，包括酯交换、加氢、氧化、缩合等反应。我们将重点关注各种多相催化剂，如负载型金属催化剂、分子筛、金属氧化物等，在提高目标产物收率和选择性方面的最新突破。 二氧化碳转化与利用（CCU）： 将大气中的二氧化碳转化为有用的化学品和燃料，是实现负碳排放和构建循环经济的关键。本书将深入研究： CO2加氢制甲醇、甲烷、低碳烯烃等： 详细阐述用于CO2加氢反应的催化剂，如Cu/ZnO/Al2O3、Ni基催化剂、Fe基催化剂等，以及如何通过改性来提高活性、选择性和稳定性。 CO2电化学还原： 介绍用于CO2电催化还原制CO、甲酸、乙醇等产物的催化剂，特别是新型纳米材料、金属有机框架（MOFs）等在提高法拉第效率和降低过电势方面的应用。 CO2光催化转化： 探讨如何利用光催化剂将CO2转化为燃料或化学品，包括光催化剂的设计原则、反应机理以及面临的挑战。 CO2与环氧化物反应制碳酸酯： 分析催化剂在CO2与环氧化物环加成制备聚碳酸酯和有机碳酸酯中的作用，这些产品在聚合物、溶剂等领域有广泛应用。 先进能源转化技术： 燃料电池： 探讨质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等核心部件中的催化剂，特别是氧还原反应（ORR）和析氢反应（HER）催化剂的最新进展，以及如何开发低铂或无铂催化剂。 热化学循环制氢： 介绍用于高温热化学循环制氢的复合氧化物等催化材料，以及如何提高其在高温下的稳定性和效率。 三、 催化剂的设计、制备与表征：通往高效催化剂的路径 要实现可持续能源生产的宏伟蓝图，对催化剂的精准设计、高效制备以及深入表征是不可或缺的环节。本书第三部分将聚焦于这些技术层面，为读者提供实践指导。 催化剂设计理念： 从理论出发，介绍如何基于反应机理和能量学原理，预测和设计具有特定活性和选择性的催化剂。我们将探讨计算化学、密度泛函理论（DFT）等理论工具在催化剂设计中的应用。 催化剂制备技术： 详细介绍各种主流的催化剂制备方法，包括浸渍法、沉淀法、溶胶-凝胶法、原子层沉积（ALD）、微乳液法、模板法等，并分析不同方法在制备不同类型催化剂时的优劣势。 催化剂表征技术： 深入阐述用于分析催化剂结构、组成、表面性质和电子状态的多种先进表征技术，如X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、X射线吸收光谱（XAS）、原位/动态表征技术等。我们将重点强调这些技术如何帮助我们理解催化剂的活性位点、失活机制以及反应过程中的动态变化。 四、 挑战与展望：可持续催化剂的未来之路 尽管催化科学在可持续能源领域取得了显著的进展，但仍面临诸多挑战。本书的最后一章，将对这些挑战进行深入剖析，并对未来发展趋势进行展望。 高成本与可及性： 许多高效催化剂依赖于稀有贵金属（如铂、钯、铑），限制了其大规模应用。探索廉价、丰富的元素替代品，以及开发高效的催化剂回收和循环利用技术，是亟待解决的问题。 稳定性和寿命： 在苛刻的反应条件下，催化剂容易发生失活，如烧结、中毒、碳化等。开发具有更高热稳定性、化学稳定性和抗中毒能力的催化剂，延长其使用寿命，是实现商业化应用的关键。 反应选择性与能耗： 提高目标产物的选择性，减少副产物的生成，是提高能源利用效率和降低生产成本的重要途径。同时，进一步降低反应温度和压力，减少能耗，也是持续努力的方向。 规模化生产与工程化： 将实验室成功的催化剂推广到工业规模，需要解决催化剂的制备、固定、传质传热等一系列工程化问题。 跨学科融合： 可持续能源的发展离不开催化科学与其他学科的紧密合作，如材料科学、物理学、生物学、化学工程等。未来，更加强调跨学科的知识共享和协同创新。 展望未来，本书将指出，随着人工智能、大数据等技术的引入，催化剂的智能设计、高通量筛选以及反应条件的优化将更加高效。生物启发式催化、多功能催化剂的设计、纳米材料的精准构筑以及原位动态表征技术的不断进步，将为开发新一代高效、稳定、廉价的可持续能源催化剂提供强大的动力。 《催化剂：驱动可持续能源未来的关键》一书，将是一部集科学性、前沿性、系统性于一体的权威著作。它不仅为科研人员提供了深入的理论指导和丰富的应用案例，也为致力于可持续能源发展的决策者和工程师提供了宝贵的参考信息，更重要的是，它将激发更多年轻一代投身于催化科学的研究，共同开创绿色、清洁、可持续的能源未来。

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