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(xiàn)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(xué)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(kuò)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(xué)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(dǎo)合成法39
參考文獻(xiàn)40
第3章 人工光合作用催化劑的表征47
3.1 顯微學(xué)表征技術(shù)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(jié)79
3.2 X射線表征技術(shù)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(jié)103
3.3 譜學(xué)表征技術(shù)103
3.3.1 紫外-可見(jiàn)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(zhì)譜109
3.3.6 小結(jié)111
參考文獻(xiàn)111
第4章 人工光合作用催化劑的性能評(píng)價(jià)120
4.1 光催化劑120
4.1.1 生產(chǎn)總量和生產(chǎn)速率120
4.1.2 量子產(chǎn)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(guò)電位123
4.2.4 法拉第效率123
4.2.5 電化學(xué)活性面積123
4.2.6 Tafel斜率124
4.2.7 電化學(xué)阻抗124
4.2.8 穩(wěn)定性125
4.3 光電催化劑125
4.4 反應(yīng)裝置125
4.5 產(chǎn)物檢測(cè)方法129
4.5.1 氣相色譜及氣相色譜-質(zhì)譜法129
4.5.2 紫外-可見(jiàn)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(biāo)記131
參考文獻(xiàn)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(wú)機(jī)半導(dǎo)體137
5.1.3 有機(jī)聚合物141
5.1.4 金屬-有機(jī)骨架144
5.1.5 小結(jié)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(jié)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(fù)合材料171
5.3.6 小結(jié)174
5.4 總結(jié)與展望174
參考文獻(xiàn)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(wú)機(jī)半導(dǎo)體197
6.1.3 金屬-有機(jī)骨架207
6.1.4 有機(jī)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(dǎo)體催化劑241
6.3.2 半導(dǎo)體摻雜催化劑242
6.3.3 負(fù)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(yīng)245
參考文獻(xiàn)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(jié)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(jié)286
7.3 制氨催化劑設(shè)計(jì)策略286
7.3.1 缺陷工程287
7.3.2 摻雜287
7.3.3 晶面調(diào)控287
7.3.4 結(jié)構(gòu)工程287
7.3.5 小結(jié)288
參考文獻(xiàn)288
第8章 人工光合作用催化劑的催化機(jī)理302
8.1 光催化反應(yīng)302
8.1.1 光誘導(dǎo)電荷的產(chǎn)生與遷移過(guò)程302
8.1.2 光催化分解水反應(yīng)路徑317
8.1.3 光催化二氧化碳還原反應(yīng)路徑323
8.1.4 小結(jié)328
8.2 電催化反應(yīng)328
8.2.1 水分解產(chǎn)氫反應(yīng)基本原理328
8.2.2 二氧化碳還原反應(yīng)路徑338
8.2.3 小結(jié)353
8.3 光電催化反應(yīng)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(zhuǎn)移355
8.3.3 光電催化電解池的結(jié)構(gòu)與工作原理357
8.4 光熱催化反應(yīng)358
8.4.1 光的作用機(jī)制358
8.4.2 熱的作用機(jī)制360
參考文獻(xiàn)361