内容简介
本书主要围绕二氧化碳加氢催化剂的结构设计与反应机制展开，在阐述二氧化碳能源利用技术、二氧化碳转化方法以及二氧化碳加氢催化剂的研究现状的基础上，详细介绍了钯基和铑基催化剂用于二氧化碳加氢制甲醇的研究、镍基催化剂用于二氧化碳加氢制甲烷的研究、锡基催化剂用于二氧化碳加氢制甲酸的研究以及铜基催化剂用于二氧化碳加氢制多碳产物的研究，旨在发展高效、高稳定性和低成本的催化剂，以推进二氧化碳加氢催化剂的发展，为新型催化剂的开发提供新的思路和策略。
本书具有较强的针对性、学术性和前瞻性，可供从事催化剂设计、能源转化等领域的科研人员和工程技术人员参考，也可供高等学校化学类、材料类、环境类等专业的师生参阅。
目录
第1章 绪论 001
1.1 二氧化碳化工利用技术研究背景 003
1.2 二氧化碳转化方法概述 004
1.2.1 热催化二氧化碳加氢反应 004
1.2.2 电催化二氧化碳加氢反应 005
1.2.3 光催化二氧化碳加氢反应 006
1.3 二氧化碳加氢催化剂研究进展及趋势分析 008
1.3.1 二氧化碳加氢制甲醇催化剂 008
1.3.2 二氧化碳加氢制甲烷催化剂 009
1.3.3 二氧化碳加氢制甲酸/ 甲酸盐催化剂 010
1.3.4 二氧化碳加氢制多碳产物催化剂 011
参考文献 013
第2章 二氧化碳加氢制甲醇催化剂 021
2.1 概述 023
2.1.1 过渡金属掺杂Pd 团簇材料 024
2.1.2 Cu@Pd核壳材料 025
2.1.3 PdZn双金属材料 027
2.2 过渡金属掺杂Pd 团簇催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 027
2.2.1 Pd12M 团簇催化剂模型及其稳定性 028
2.2.2 Pd12M 团簇催化剂上二氧化碳的活化 029
2.2.3 Pd12M 团簇催化剂上的二氧化碳加氢和解离 032
2.2.4 PdCu双金属团簇催化剂上二氧化碳加氢与解离 034
2.3 Cu@Pd核壳催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 034
2.3.1 Cu@Pd核壳表面反应物种的吸附 034
2.3.2 Cu@Pd核壳表面甲醇合成的反应路径 038
2.4 PdZn双金属催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 045
2.4.1 PdZn双金属催化剂的模型和稳定性 045
2.4.2 PdZn双金属催化剂上二氧化碳的吸附 046
2.4.3 PdZn双金属催化剂上合成甲醇的反应机理 048
2.5 W掺杂Rh（111）催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 056
2.5.1 W掺杂Rh（111）催化剂模型和稳定性 056
2.5.2 W掺杂Rh（111）催化剂上反应物种的吸附 057
2.5.3 W掺杂Rh（111）催化剂上吸附物种的相对稳定性 062
2.5.4 W掺杂Rh（111）催化剂上合成甲醇的基元反应 062
2.5.5 W掺杂Rh（111）催化剂上合成甲醇的反应路径 069
2.5.6 W掺杂Rh（111）催化剂的活性起源分析 070
2.6 In掺杂Rh（211）催化剂催化二氧化碳加氢制甲醇 071
2.6.1 In掺杂Rh（211）催化剂结构模型 071
2.6.2 In掺杂Rh （211）催化剂上二氧化碳的吸附与活化 073
2.6.3 In掺杂Rh （211）催化剂上反应物种的吸附 076
2.6.4 In掺杂Rh （211）催化剂上吸附物种的相对稳定性 076
2.6.5 In掺杂Rh （211）催化剂上合成甲醇的活性与机理 078
2.6.6 In掺杂Rh （211）催化剂的活性起源分析 087
2.7 应用案例分析 088
参考文献 094
第3章 二氧化碳加氢制甲烷催化剂 105
3.1 概述 107
3.1.1 Ni13 团簇材料 107
3.1.2 NiFe双金属材料 108
3.1.3 NiRu双金属材料 108
3.1.4 Ru掺杂BNNT 材料 108
3.2 Ni13 团簇催化剂催化二氧化碳加氢制甲烷 109
3.2.1 Ni13 团簇催化剂上中间体的吸附构型和吸附能 109
3.2.2 Ni13 团簇催化剂上合成甲烷的反应机理 113
3.3 Ni3Fe（111）催化剂催化二氧化碳加氢制甲烷 120
3.3.1 Ni3Fe（111）催化剂上反应物种的吸附 120
3.3.2 Ni3Fe（111）催化剂上合成甲烷的反应机理 123
3.3.3 Ni3Fe（111）催化剂上抑制碳沉积的能力 130
3.4 Ru掺杂Ni（111）催化剂催化二氧化碳加氢制甲烷 130
3.4.1 Ru掺杂Ni（111）催化剂上反应物种的吸附 131
3.4.2 Ru掺杂Ni（111）催化剂上合成甲烷的反应机理 134
3.4.3 Ru掺杂Ni（111）催化剂上抑制碳沉积的能力 139
3.5 Ru掺杂BNNT 催化剂催化二氧化碳加氢制甲烷 140
3.5.1 Ru掺杂BNNT 催化剂的结构和稳定性 140
3.5.2 Ru掺杂BNNT 催化剂上二氧化碳的吸附 143
3.5.3 Ru掺杂BNNT 催化剂上合成甲烷的反应路径 145
3.5.4 Ru掺杂BNNT 催化剂上合成甲烷的副反应分析 149
3.6 应用案例分析 150
参考文献 151
第4章 二氧化碳加氢制甲酸（甲酸盐）催化剂 161
4.1 概述 163
4.2 Sn-NxC4-x-G 催化剂催化二氧化碳加氢制甲酸 164
4.2.1 Sn-NxC4-x-G 催化剂的结构和稳定性 164
4.2.2 Sn-NxC4-x-G 催化剂上中间体的吸附 167
4.2.3 Sn-NxC4-x-G 催化剂上合成甲酸的反应机理 169
4.2.4 Sn-NxC4-x-G 催化剂的活性起源分析 176
4.3 Sn基双原子催化剂催化二氧化碳加氢制甲酸 177
4.3.1 SnMN6/G 催化剂的结构模型和稳定性 178
4.3.2 SnMN6/G 催化剂上反应物种的吸附 180
4.3.3 SnMN6/G 催化剂的反应机理 185
4.3.4 SnMN6/G 催化剂的活性起源分析 192
4.4 应用案例分析 194
参考文献 197
第5章 二氧化碳加氢制多碳产物催化剂 203
5.1 概述 205
5.2 二氧化碳加氢制乙烯 207
5.3 二氧化碳加氢制
前言/序言
随着全球经济的持续增长，能源需求不断攀升，传统化石燃料的大规模使用导致大量的二氧化碳气体被释放到大气中。二氧化碳的过量排放引起了全球变暖、海洋酸化等环境问题。因此，如何处理工业制造过程中排放的二氧化碳已成为一个迫切需要关注的问题。二氧化碳加氢技术作为一种潜在的解决方案，不仅能够有效减少大气中的二氧化碳含量，还能提供一种新的能源获取途径，具有重要的环保和经济价值。然而，在二氧化碳加氢反应过程中，催化剂可能会面临烧结、失活或中毒等问题。因此，开发低成本、高效率、高稳定性的新型催化剂对于推动二氧化碳加氢技术的工业化进程具有重要意义。
在催化剂的设计和开发中，理解催化作用的本质至关重要。材料的催化性能主要取决于其化学成分、结构和表面特性。化学成分决定了材料的催化活性和选择性，结构影响了催化剂的稳定性和反应速率，而表面特性则影响了催化剂与反应物之间的相互作用。通过理论计算和模拟，可以在原子水平上设计催化剂的结构，优化其电子特性，从而提高催化效率。量子力学的不断发展和计算能力的飞速提升，为催化剂的理论设计和性能预测提供了强有力的工具。利用这些先进的理论计算方法，可以详细地描述催化剂表面的催化反应过程，深入理解影响催化活性的关键因素，建立起催化剂的结构与性能之间的内在联系。
本书紧密围绕当前二氧化碳加氢催化剂的研究前沿展开，详细介绍了低成本、高活性的二氧化碳加氢催化剂的结构设计和反应机制，并且结合理论研究和实验技术，全面分析二氧化碳加氢催化剂的性能。通过综合研究，本书可为新型催化剂设计、产物选择性提高以及催化机理揭示提供理论指导，这些内容将推动二氧化碳加氢催化剂领域的研究，为实现碳资源转化提供重要参考。本书既适合研究方向为理论与计算化学、催化化学、表面科学、材料科学等学科的研究生参考，也适合从事二氧化碳催化转化及相关领域科学研究和技术研发的科研工作者参阅。
本书主要由陈鑫、杨火海著，其中第1章由陈鑫、张益臻和李亚辉完成，第2章由刘江山和陈勤完成，第3章由康黎明和陈麒岗完成，第4章由梁晓涛、朱海叶和刘启芳完成，第5章由杨火海完成；全书最后由陈鑫、杨火海统稿并定稿。在本书出版之际，感谢化学工业出版社的支持，感谢课题组成员为保证本书的质量和顺利出版所付出的艰辛劳动。
鉴于著者水平和编写时间有限，书中难免会有疏漏和不足之处，敬请读者提出修改建议，不胜感激。
著者
2024年7月
