目錄
序
前言
第1章 概述1
1.1 人工光合作用催化劑的概念1
1.2 人工光合作用催化劑的發(fā)展歷史2
1.2.1 分解水制氫催化劑2
1.2.2 二氧化碳還原催化劑6
1.2.3 氮還原制氨催化劑11
參考文獻14
第2章 人工光合作用催化劑的合成22
2.1 氣相合成法22
2.1.1 物理氣相沉積法22
2.1.2 化學氣相沉積法26
2.2 液相合成法28
2.2.1 水熱（溶劑熱）合成法29
2.2.2 沉淀法32
2.2.3 揮發(fā)法33
2.2.4 界面擴散法33
2.2.5 溶膠-凝膠法34
2.2.6 微波合成法35
2.2.7 電化學沉積法35
2.2.8 靜電紡絲法36
2.3 固相合成法38
2.3.1 球磨法38
2.3.2 高溫合成法38
2.3.3 晶種誘導合成法39
參考文獻40
第3章 人工光合作用催化劑的表征47
3.1 顯微學表征技術47
3.1.1 掃描電子顯微鏡47
3.1.2 透射電子顯微鏡57
3.1.3 掃描隧道顯微鏡67
3.1.4 原子力顯微鏡74
3.1.5 小結79
3.2 X射線表征技術81
3.2.1 X射線源81
3.2.2 X射線衍射84
3.2.3 X射線光電子能譜91
3.2.4 X射線吸收光譜97
3.2.5 小結103
3.3 譜學表征技術103
3.3.1 紫外-可見吸收光譜103
3.3.2 紅外吸收光譜104
3.3.3 拉曼光譜107
3.3.4 核磁共振譜109
3.3.5 質譜109
3.3.6 小結111
參考文獻111
第4章 人工光合作用催化劑的性能評價120
4.1 光催化劑120
4.1.1 生產總量和生產速率120
4.1.2 量子產率121
4.1.3 選擇性121
4.1.4 穩(wěn)定性122
4.2 電催化劑122
4.2.1 電流密度122
4.2.2 TOF122
4.2.3 過電位123
4.2.4 法拉第效率123
4.2.5 電化學活性面積123
4.2.6 Tafel斜率124
4.2.7 電化學阻抗124
4.2.8 穩(wěn)定性125
4.3 光電催化劑125
4.4 反應裝置125
4.5 產物檢測方法129
4.5.1 氣相色譜及氣相色譜-質譜法129
4.5.2 紫外-可見分光光度法129
4.5.3 離子色譜法130
4.5.4 核磁共振波譜法130
4.5.5 氨氣敏電極與銨離子選擇性電極法131
4.5.6 同位素標記131
參考文獻131
第5章 人工光合作用催化劑分解水制氫134
5.1 分解水制氫光催化劑134
5.1.1 金屬配合物134
5.1.2 無機半導體137
5.1.3 有機聚合物141
5.1.4 金屬-有機骨架144
5.1.5 小結145
5.2 分解水制氫電催化劑145
5.2.1 金屬配合物146
5.2.2 貴金屬150
5.2.3 非貴金屬154
5.2.4 非金屬161
5.2.5 小結163
5.3 分解水制氫光電催化劑164
5.3.1 金屬氧化物164
5.3.2 金屬含氧酸鹽167
5.3.3 金屬硫化物168
5.3.4 多孔聚合物170
5.3.5 復合材料171
5.3.6 小結174
5.4 總結與展望174
參考文獻174
第6章 人工光合作用催化劑光電催化二氧化碳還原191
6.1 二氧化碳還原光催化劑191
6.1.1 金屬配合物191
6.1.2 無機半導體197
6.1.3 金屬-有機骨架207
6.1.4 有機聚合物211
6.2 二氧化碳還原電催化劑215
6.2.1 金屬配合物216
6.2.2 單原子催化劑220
6.2.3 雙原子催化劑224
6.2.4 金屬基催化劑226
6.2.5 非金屬催化劑240
6.3 二氧化碳還原光電催化劑241
6.3.1 半導體催化劑241
6.3.2 半導體摻雜催化劑242
6.3.3 負載型催化劑242
6.4 二氧化碳還原光熱催化劑244
6.4.1 外部加熱245
6.4.2 光熱效應245
參考文獻246
第7章 人工光合作用催化劑光電催化氮還原制氨269
7.1 N2 還原制氨催化劑269
7.1.1 光催化劑270
7.1.2 電催化劑273
7.1.3 小結280
7.2 硝酸根還原制氨催化劑281
7.2.1 光催化劑281
7.2.2 電催化劑283
7.2.3 小結286
7.3 制氨催化劑設計策略286
7.3.1 缺陷工程287
7.3.2 摻雜287
7.3.3 晶面調控287
7.3.4 結構工程287
7.3.5 小結288
參考文獻288
第8章 人工光合作用催化劑的催化機理302
8.1 光催化反應302
8.1.1 光誘導電荷的產生與遷移過程302
8.1.2 光催化分解水反應路徑317
8.1.3 光催化二氧化碳還原反應路徑323
8.1.4 小結328
8.2 電催化反應328
8.2.1 水分解產氫反應基本原理328
8.2.2 二氧化碳還原反應路徑338
8.2.3 小結353
8.3 光電催化反應353
8.3.1 界面雙電層的形成354
8.3.2 電極-溶液界面電荷轉移355
8.3.3 光電催化電解池的結構與工作原理357
8.4 光熱催化反應358
8.4.1 光的作用機制358
8.4.2 熱的作用機制360
參考文獻361