內容大鋼
本書以氮雜碳納米材料催化燃料電池陰極氧還原反應為主線，主要採用量子化學密度泛函理論計算方法，構建了含不同過渡金屬、不同類型氮、不同氮配位數的氮雜石墨烯模型，在電子-分子水平上研究了各種結構催化劑氧還原反應的催化機理和催化性能，全面分析了可能的氧還原反應機理，計算了中間涉及的所有可能的基元反應的反應能和活化能，通過比較活化能得到一條能量最低反應通道，並找到該通道的決速步驟等，獲得了體系詳細的動力學和熱力學數據。本書旨在研究各種不同因素對催化劑氧還原反應催化性能的影響，揭示催化劑結構與催化性能之間的構效關係。
本書具有較強的技術性、針對性和專業性，可供從事電化學催化劑研究的科研人員和技術人員參考，也供高等學校化學工程、材料工程、能源工程及相關專業師生參閱。
目錄
第1章 緒論
1.1 燃料電池
1.1.1 陰極氧還原反應
1.1.2 陰極氧還原反應催化劑
1.2 氮雜碳納米材料催化劑性能研究
1.2.1 主要性能
1.2.2 主要研究方法
1.2.3 主要應用及趨勢分析
1.2.4 相關政策及導向
1.3 .圖書框架結構及撰寫目的
1.3.1 框架結構
1.3.2 內容特色
1.3.3 撰寫目的
參考文獻
第2章 理論基礎與計算方法
2.1 概況
2.1.1 Born-Oppenheimer近似
2.1.2 電子問題
22.2 理論基礎
2.2.1 Thomas-Fermi模型
2.2.2 Hohenberg-Kohn（HK）定理
2.2.3 Kohn-Sham方程
2.2.4 交換相關泛函
2.2.5 基組
2.3 計算方法
2.3.1 使用基組
2.3.2 自旋極化
2.3.3 過渡態搜索
2.4 計算參數和公式
2.4.1 計算參數
2.4.2 計算公式
參考文獻
第3章 FeNx-G(x=2+2,4)結構催化劑性能研究
3.1 計算模型及參數
3.2 催化劑的形成能和結合能
3.3 FeN2+2-G催化劑的ORR催化機理
3.3.1 O2在FeN2+2-G表面上的吸附
3.3.2 O2分子的解離及OOH的形成
3.3.3 OOH（ads）的解離與還原
3.3.4 O（ads）和OH（ads）的還原
3.3.5 ORR催化路徑
3.4 FeN4-G催化劑的ORR催化機理
3.4.1 O2的吸附和解離
3.4.2 OOH的形成
3.4.3 OOH（ads）的還原
3.4.4 電極電勢對ORR的影響
3.4.5 ORR催化路徑
3.5 FeNx-G（x=2+2,4）結構催化劑ORR催化性能
參考文獻
第4章 FeN2-G結構催化劑性能研究
4.1 計算參數及模型
4.2 中間體的吸附
4.2.1 氧分子的吸附
4.2.2 H2O2分子的吸附與解離
4.2.3 其他中間體的吸附
4.2.4 結構對吸附性質的影響
4.3 ORR催化機理
4.3.1 O2（ads）的解離和還原
4.3.2 OOH的解離和還原
4.3.3 O（ads）和OH（ads）的還原
4.3.4 ORR催化路徑
4.3.5 電極電勢對ORR的影響
4.4 FeN2-G結構催化劑ORR催化性能
參考文獻
第5章 FeN3-G結構催化劑性能研究
5.1 計算參數及模型
5.2 中間體的吸附
5.2.1 氧分子的吸附
5.2.2 水分子的吸附
5.2.3 OOH的吸附
5.2.4 H2O2的吸附
5.3 ORR催化機理
5.3.1 O2（ads）的解離
5.3.2 OOH的形成
5.3.3 OOH的解離
5.3.4 OOH（ads）的還原
5.3.5 O和OH的還原
35.4 ORR路徑
5.4.1 動力學分析
5.4.2 熱力學分析
5.5 外電場對H2O分子吸附的影響
5.5.1 計算方法與模型
5.5.2 H2O分子的吸附
5.5.3 外電場對結構的影響
5.5.4 外電場對吸附能和吸附高度的影響
5.5.5 外電場對吸附體系的影響
5.6 FeNx-G的ORR性能比較
參考文獻
第6章 CoNx-G（x=2+2,4）結構催化劑性能研究
6.1 計算參數及模型
6.2 CoN2+2-G催化劑的ORR機理
6.2.1 中間體在表面上的吸附
6.2.2 O2的解離和OOH的形成
6.2.3 四電子反應路徑
6.2.4 二電子反應路徑
6.2.5 氧還原反應機理
6.2.6 吉布斯自由能變化
6.3 CoN4-G催化劑的ORR機理
6.3.1 中間體在表面上的吸附
6.3.2 O2的解離和OOH的形成
6.3.3 四電子反應路徑
6.3.4 二電子反應路徑
6.3.5 氧還原反應機理
6.3.6 吉布斯自由能變化
6.4 ORR催化性能
參考文獻
第7章 CoN2-G結構催化劑性能研究
7.1 計算參數及模型
7.2 中間體的吸附
7.2.1 O2的吸附
7.2.2 H2O2的吸附
7.3 ORR反應
7.3.1 O2（ads）的解離及OOH的形成
7.3.2 OOH（ads）的還原
7.3.3 H2O2（ads）的生成
7.3.4 O（ads）和OH（ads）的還原
7.4 電位對ORR的影響
7.5 CoN2-G的ORR催化性能比較
7.6 MNx-G的ORR催化性能比較
參考文獻
第8章 氮雜石墨烯催化劑性能研究
8.1 計算模型及參數
8.2 ORR催化機理
8.2.1 O2在氮雜石墨烯上的吸附
8.2.2 O2的解離和OOH的生成
8.2.3 二電子還原路徑
8.2.4 四電子還原路徑
8.3 ORR催化性能
參考文獻
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