CO2电催化转化：理论方法与研究进展

目录

序

前言

第1章 引言 1

1.1 CO2的排放与消耗概况 1

1.2 CO2的物理化学特性 3

1.3 CO2的活化 5

1.3.1 基本活化方式及沃尔什图 6

1.3.2 超碱原子团簇对CO2的活化 11

1.3.3 超卤原子团簇对CO2的活化 13

1.3.4 电子阴离子化合物对CO2的活化 13

1.4 CO2电催化还原概况 15

1.5 CO2电催化还原的基本步骤和影响因素 17

参考文献 18

第2章 理论计算方法 20

2.1 第一性原理计算 20

2.1.1 Born-Oppenheimer近似 20

2.1.2 密度泛函理论 21

2.1.3 交换关联能量泛函近似 22

2.2 密度泛函理论的计算误差 24

2.2.1 方法误差 24

2.2.2 模型误差 27

2.3 电催化中的热力学理论 29

2.3.1 计算氢电极模型 29

2.3.2 质子-吸附氢穿梭模型 31

2.3.3 外延法校正模型 38

2.3.4 双参考模型 43

2.4 过渡态搜索算法 45

2.4.1 过渡态结构构建 46

2.4.2 过渡态计算 48

2.5 微动力学模拟 52

参考文献 62

第3章 金属电极还原CO2的理论研究 66

3.1 金属电极表面CO2电催化还原性能及变化趋势的理论研究 66

3.2 Cu电极表面CO2电催化还原的机理研究 69

3.2.1 单碳产物CH4的生成 69

3.2.2 双碳产物C2H4的生成 73

3.3 标度关系对传统金属电极性能的限制 75

3.4 基于理论策略对金属催化剂的改良 79

参考文献 81

第4章 副反应以及副反应抑制 82

4.1 氢解离反应 83

4.2 羟基消除反应 85

4.3 催化剂中毒 87

参考文献 88

第5章 多相催化剂还原CO2的理论研究 90

5.1 负载金属电极材料 90

5.1.1 金属纳米颗粒电极 91

5.1.2 一维纳米金属线电极 97

5.1.3 金属单原子催化剂 98

5.1.4 金属双原子催化剂 117

5.1.5 金属原子链催化剂 132

5.2 金属化合物电极材料 145

5.3 非金属电极材料 147

5.3.1 碳材料电极 147

5.3.2 其他非金属材料 153

参考文献 156

第6章 均相催化剂还原CO2的理论研究 162

6.1 金属大环类配体 163

6.2 吡啶结构 165

6.3 金属螯合配体结构 168

参考文献 170

第7章 展望 172

7.1 拓扑量子材料在CO2电催化还原中的应用 172

7.2 应用机器学习研究CO2电催化还原 177

参考文献 180

附录 182

附表1 电催化基本术语 182

附表2 物理量的国际单位及常用前缀 183

附表3 常用单位换算 184