Catalysis for Energy pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Not Available (NA)

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页数:138

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出版时间:2009-3

价格:$ 38.42

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isbn号码:9780309128568

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• 催化
• 能源
• 化学
• 材料科学
• 可再生能源
• 环境催化
• 电催化
• 光催化
• 储能
• 燃料电池

《催化：能源转化的核心驱动力》 导言：能源时代的基石 随着全球对可持续能源需求的日益增长，能源转化效率和清洁化已成为当代科学与工程领域的核心挑战。在这场关乎人类未来的技术竞赛中，催化科学扮演着无可替代的关键角色。催化，作为加速化学反应而不被消耗的艺术与科学，是实现高效能源利用、降低环境负荷的根本途径。本书旨在深入剖析催化现象的微观机理，系统梳理当前主流的催化技术，并展望其在未来能源系统构建中的无限潜力。 第一部分：催化科学的理论基础与基础概念 本部分将为读者构建坚实的理论框架，理解催化反应为何发生，以及如何从原子和分子层面调控反应进程。 第一章：化学反应动力学与能垒 首先回顾化学反应的基本动力学原理，重点阐述活化能的概念及其对反应速率的决定性影响。深入探讨过渡态理论（Transition State Theory, TST）和碰撞理论，解释宏观反应速率如何与微观分子相互作用联系起来。引入“催化循环”的动力学模型，阐明催化剂如何在不改变热力学平衡点的前提下，提供一条能量更低的反应路径。详细分析能量分布图、反应坐标图，并解释如何通过实验数据（如阿伦尼乌斯图）推导反应级数和活化能。 第二章：催化剂的本质：表面与界面效应 催化剂的活性和选择性根植于其独特的物理化学性质，尤其是表面结构。本章聚焦于固体催化剂的表面科学。详细介绍晶体表面结构、缺陷（如台阶、拐角、空位）对活性位点的贡献。讨论吸附理论，包括Langmuir、Temkin等经典吸附等温线模型，以及它们在描述反应物与催化剂表面相互作用中的应用。重点阐述几何效应（Ensemble Effect）和电子效应（Ligand Effect），解释为何特定的晶面或合金组分能展现出卓越的催化性能。 第三章：催化剂的表征技术：洞察微观世界 理解催化剂的结构是设计高效催化剂的前提。本章系统介绍现代催化剂表征的关键技术。着重介绍用于确定表面形貌和孔隙结构的物理吸附（BET）、X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）。深入探讨电子结构和化学状态分析，包括X射线光电子能谱（XPS）、俄歇电子能谱（AES）和X射线吸收精细结构（XAFS）。最后，讲解用于模拟反应环境下的原位/非原位光谱技术（如原位傅里叶变换红外光谱DRIFTS、拉曼光谱），以捕捉催化过程中的真实反应物、中间体和表面物种。 第二部分：能源转化中的关键催化过程 本部分将催化科学的应用聚焦于能源系统的核心环节，从化石燃料的高效利用到可再生能源的捕获与转化。 第四章：化石燃料的清洁化与高效利用 尽管向可再生能源转型是长期目标，但在过渡期内，化石燃料的清洁利用至关重要。详细讨论石油炼制中的关键催化过程：流化催化裂化（FCC）中的分子筛催化剂设计；加氢精制（Hydrotreating）中去除硫、氮杂原子的催化剂（如CoMo/Al₂O₃）；以及重整反应中芳烃的生成。针对天然气转化，深入探讨甲烷干重整（Dry Reforming of Methane）和氧化耦合（Oxidative Coupling of Methane）的挑战与催化剂策略，重点关注抗积碳性能的提升。 第五章：电催化：燃料电池与电解水制氢 电催化是连接电能与化学能的关键桥梁，尤其在绿色氢能的制备和利用中占据核心地位。详述电催化反应的特殊性——需要电流驱动并涉及电极/电解质界面。重点剖析析氢反应（Hydrogen Evolution Reaction, HER）和析氧反应（Oxygen Evolution Reaction, OER）的动力学限制及其在水分解中的作用。在燃料电池领域，系统介绍质子交换膜燃料电池（PEMFC）中的铂基催化剂在氧还原反应（ORR）中的性能优化，以及直接甲醇燃料电池（DMFC）的阳极催化剂选择。 第六章：光催化与光电催化：太阳能的直接利用 光催化利用太阳光直接驱动化学反应，是实现碳中和的终极途径之一。本章阐述光催化剂（如TiO₂、氮化碳）的工作原理，包括光生载流子的产生、分离与迁移。详细讨论光催化水分解制氢的效率瓶颈及其解决策略，包括构建异质结、引入助催化剂和表面修饰。此外，探讨光催化二氧化碳还原（Photocatalytic CO₂ Reduction）为高附加值化学品（如CO, 甲醇）的潜力，分析光电化学池（PEC）的优势与挑战。 第七章：生物质催化转化：从生物质到化学品和燃料 生物质作为可再生碳源，其高效利用依赖于先进的催化技术。本章关注纤维素、半纤维素和木质素的解聚与催化升级。讨论水相催化转化技术，如选择性加氢脱氧（Hydrodeoxygenation, HDO）制备生物燃料，以及催化裂解（Catalytic Pyrolysis）策略。探讨多相催化剂（如负载型贵金属或固体酸）在控制产物选择性、避免过度碳化方面的作用。 第三部分：催化剂的设计、优化与未来展望 本部分将目光投向催化剂工程的前沿，探讨如何利用现代工具实现对催化剂性能的精准调控，并展望未来的研究方向。 第八章：单原子催化剂与高熵合金：性能的极限探索 传统多相催化剂往往存在原子利用率低的问题。本章聚焦于突破性的催化剂结构——单原子催化剂（Single Atom Catalysts, SACs）。深入分析SACs如何实现接近100%的原子利用率，并通过精确调控金属原子与其载体的相互作用来优化活性和稳定性。同时，介绍高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）作为一类新型多组分催化材料，其独特的晶格畸变和多元素协同效应在复杂反应中的应用潜力。 第九章：计算催化与人工智能辅助设计 计算科学正以前所未有的速度推动催化剂的发现。详细介绍密度泛函理论（DFT）在预测催化剂表面性质、吸附能和反应过渡态能垒中的核心作用。讲解描述符（Descriptors）的概念，例如“火山图”如何指导催化剂的理性设计。引入机器学习（Machine Learning, ML）和人工智能（AI）在加速高通量筛选、预测新材料催化性能方面的应用，展示如何构建数据驱动的催化剂设计流程。 第十章：可持续催化与工程化挑战 面向工业应用，催化剂的稳定性、可回收性及环境友好性至关重要。讨论催化剂失活的机制（如烧结、中毒、积碳）及其缓解策略。强调绿色催化剂的研发趋势，包括使用非贵金属、水相反应介质和无溶剂反应体系。最后，探讨反应器工程与催化剂集成的挑战，如如何在大规模工业反应器中保持催化剂的均匀性和高效传质传热，确保实验室成果的有效放大。 结论：催化驱动的能源未来 本书的总结将重申催化科学作为能源转化的核心驱动力，强调跨学科合作的重要性。从基础理论到前沿技术，我们看到了催化剂设计正朝着更高精度、更强可持续性的方向发展。未来的能源系统，无论是基于氢能、电化学还是直接太阳能捕获，都将由下一代催化材料所定义和支撑。本书旨在激励读者，在催化这一广阔领域中，探索解决人类能源挑战的创新路径。

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从阅读体验的角度来看，这本书的结构安排堪称艺术。它并不是按照能量转换的顺序（比如从化石燃料到氢能再到生物质），而是以“催化剂的维度”来组织内容：首先是基础理论，然后是无机催化剂，接着是碳基和纳米结构催化剂，最后落脚于复杂的集成系统。这种组织方式极大地增强了知识的内聚性。作者在每章的末尾都设置了“未来展望与挑战”的总结，这部分内容极具启发性，常常提出一些尚未被解决的、但极具研究价值的科学难题，有效激发了读者的好奇心和研究兴趣。虽然这本书的篇幅不薄，但由于其流畅的逻辑和详实的支撑材料，阅读过程并不感到枯燥或拖沓。它更像是一次精心策划的知识之旅，每到一个站点都有新的发现和深入的思考。对于希望系统性地掌握能源催化全貌的自学者来说，这本书无疑是最佳的起点和最好的伙伴，它提供了深度，更提供了清晰的路线图。

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这本书的视野非常开阔，远远超出了传统的石油化工催化范畴，真正体现了“能源”一词的多元性。它对燃料电池中的电催化，尤其是质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）的阴极和阳极反应的最新进展进行了梳理，内容更新速度非常快，甚至包含了去年刚发表在顶级期刊上的某些突破性成果。此外，书中对太阳能驱动的化学反应（如光催化水分解制氢）的介绍也做得极为出色，不仅解释了光吸收、电荷分离的复杂过程，还深入探讨了界面工程如何优化光电转换效率。这种对跨学科领域，特别是电化学和光化学的无缝整合，使得本书成为一本真正面向未来的能源催化读物。它迫使读者跳出固有的思维定势，去思考如何利用可再生能源驱动高附加值的化学合成。这本书的价值在于它为我们描绘了一幅未来能源体系的蓝图，而催化剂正是实现这一蓝图的核心驱动力。

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这本书的叙事风格非常独特，更像是一位经验丰富的老教授在循循善诱地带领你进入一个宏大的知识殿堂。它避免了那种干巴巴的教科书式的说教，而是通过大量精心挑选的案例研究来构建知识体系。比如，在讨论生物燃料的催化升级时，它没有直接给出公式，而是从自然界中酶的巧妙设计入手，然后逐步过渡到人工仿生催化剂的构建，这种“由宏观现象到微观机制”的引导方式，让阅读体验充满了探索的乐趣。更让我惊喜的是，作者对于催化剂的“可持续性”和“经济可行性”的讨论，这往往是学术界容易忽略但工程界极其看重的方面。书中探讨了如何利用地球储量丰富的非贵金属替代铂族金属，以及如何设计易于回收和再生的催化系统。这种兼顾科学严谨性和工程实用性的平衡处理，让这本书的价值得到了极大的提升。我发现自己常常因为一个精彩的案例而停下来，反复思考其中的设计哲学，而不是机械地去背诵知识点。这本书的价值，在于它教会了你如何“思考”能源催化问题。

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天呐，我最近刚读完一本名为《**Catalysis for Energy**》的书，简直是打开了我对能源科学领域认知的新世界！这本书的深度和广度都让人印象深刻。首先，它对催化剂在各种能源转化过程中的作用进行了极其详尽的阐述，特别是针对那些前沿和尚未完全成熟的技术，比如绿色氢气的生产和二氧化碳的电化学还原。作者并非仅仅停留在理论层面，而是深入到微观的活性位点和反应机理的探讨，让你能清晰地看到分子层面上发生了什么。书中对新型材料，如金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）在催化中的应用进行了非常及时的更新，这些内容在其他同类教材中往往比较滞后。我特别喜欢它对实验表征技术的介绍，不仅仅是罗列了谱学方法，还解释了如何利用这些数据来反推催化剂的设计策略，这对于想从事研发工作的读者来说简直是宝典。这本书的排版和图表质量也值得称赞，复杂的能带结构和反应路径图清晰易懂，极大地降低了理解高深概念的难度。总而言之，对于任何想在能源催化领域深耕的研究人员或高级学生来说，这本书无疑是一份不可多得的参考资料，它提供的不仅仅是知识，更是一种解决问题的思维框架。

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作为一名有着几年从业经验的工程师，我发现《**Catalysis for Energy**》这本书对我的实际工作指导意义非常大，尤其是在解决那些“棘手”的实际问题时。它对反应动力学和催化剂失活机制的分析，可以说是教科书级别的详尽。书中花了相当大的篇幅来剖析热稳定性、积碳、烧结等工业催化剂面临的常见挑战，并且提供了多种先进的“驯服”这些失活机制的策略。这些内容远超出了我之前接触的任何一本通用催化书籍所能提供的深度。最让我感到“相见恨晚”的是其中关于反应器设计与催化剂性能耦合的章节，它清晰地解释了宏观传质和传热限制是如何影响微观催化效率的，这直接关系到我目前正在优化的一个中试装置的放大问题。这本书的语言精炼，信息密度极高，每一页都充满了可操作性的洞察。我不得不承认，这本书的难度不低，需要读者具备扎实的化学工程和物理化学基础，但对于真正想解决能源挑战的专业人士来说，这份投入绝对是值得的，它就像一本“疑难杂症诊断手册”。

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