具体描述
《新结构高性能多孔催化材料》是《国家重点基础研究发展计划》项目“新结构高性能多孔催化材料创制的基础研究”的系统总结。涉及多孔催化材料孔结构调变、催化功能化修饰、原位表征和理论模拟以及石油化工催化应用等内容，包括含骨架杂原子的亚纳米孔催化材料、多级复合孔催化材料、有机一无机杂化多孔催化材料、金属及氧化物修饰与组装的多孔催化材料、反应控制相转移及选择氧化多孔催化材料、催化材料原位动态谱学表征、催化新材料合成的分子设计与方法等方面的研究进展。
《新结构高性能多孔催化材料》内容丰富、专业性强，对于从事上述专业的科研人员具有重要的参考价值，也可以供相关专业的教师、研究生和高年级大学生参考。
《新结构高性能多孔催化材料》一书，聚焦于前沿的催化科学与工程领域，深度剖析了当前多孔催化材料在结构设计、性能提升以及实际应用方面所面临的机遇与挑战。本书的撰写旨在为相关领域的科研人员、工程师以及高等院校师生提供一本具有高度参考价值的学术专著。 全书共分为八章，力求从理论到实践，系统性地阐述新型多孔催化材料的方方面面。 第一章：多孔催化材料的基础理论与发展现状 本章首先回顾了催化剂的基本原理，重点介绍了多孔结构在催化过程中的关键作用，包括表面积、孔径分布、孔道结构对反应活性、选择性和稳定性的影响。随后，系统梳理了传统多孔催化材料（如沸石、活性氧化铝、活性炭等）的发展历程及其应用局限性。在此基础上，深入探讨了近年来新兴的多孔催化材料，如金属有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、多级孔材料、有序介孔材料等，阐述了它们在结构设计上的独特性以及由此带来的性能优势。本章为后续章节的内容奠定了坚实的理论基础。 第二章：构筑高性能多孔催化材料的新策略 本章重点介绍当前用于构筑高性能多孔催化材料的创新的合成策略和结构设计理念。内容涵盖： 精准控制孔结构： 详细阐述了如何通过模板法（硬模板法、软模板法）、自组装法、空间限制生长法等手段，实现对孔径、孔形、孔道连通性以及孔壁结构的精确调控。 引入功能性组分： 探讨了将活性金属纳米颗粒、氧化物、酸碱位点、光敏单元等功能性组分精准锚定或嵌入多孔骨架中的策略，以协同增强催化活性和选择性。 构筑多级孔结构： 介绍了如何通过多步合成或集成多种孔隙形成机制，构筑具有微孔、介孔、大孔协同作用的多级孔催化材料，有效解决传质限制问题，提升催化效率。 设计智能响应型催化材料： 探讨了引入外部刺激（如光、热、电、pH等）响应性组分，实现催化剂性能的可调控和可再生，发展智能催化体系。 第三章：金属有机框架（MOFs）与共价有机框架（COFs）催化剂 本章深入探讨了MOFs和COFs两类代表性的新型多孔框架材料在催化领域的应用。 MOFs催化剂： 详细介绍了MOFs的构筑单元（有机配体与金属节点）、自组装合成方法、结构多样性以及其作为催化剂的优势，如高比表面积、可调的孔道环境、易于功能化等。重点讨论了如何通过引入金属节点活性、修饰有机配体、后合成修饰等方式，设计高性能MOF催化剂，并结合实例分析其在氧化、还原、酸碱催化、光催化等反应中的应用。 COFs催化剂： 介绍了COFs的构建原理、合成方法（如缩醛缩醛、硼-氧键等形成）以及其独特的优势，如高稳定性和可设计性。重点阐述了如何通过引入功能基团、构建缺陷位点、与其他材料复合等策略，提升COFs的催化性能，并举例说明其在多相催化、电催化、光催化等领域的应用前景。 第四章：多级孔与有序介孔催化材料的制备与应用 本章侧重于多级孔和有序介孔催化材料的制备技术及其在催化领域的应用。 多级孔催化材料： 详细介绍了构筑不同等级孔隙（微孔、介孔、大孔）的策略，包括硬模板法、软模板法结合、催化剂自成核等，并分析了多级孔结构对底物传输、产物脱附以及催化位点可及性的影响。 有序介孔材料： 重点介绍了SBA系列、MCM系列、KIT系列等有序介孔氧化物（如介孔二氧化硅、介孔氧化铝）以及介孔碳材料的合成方法，包括微乳液法、硬模板法等。讨论了如何将活性物种（金属纳米颗粒、金属氧化物、酶等）高效负载到介孔框架中，以实现高性能的多相催化。 第五章：多孔催化材料的功能化与性能调控 本章着重于如何通过各种手段对多孔催化材料进行功能化，以满足特定催化反应的需求，并实现性能的进一步提升。 表面修饰与缺陷工程： 探讨了通过化学修饰、等离子体处理、高温退火等方式，在多孔材料表面引入特定官能团、产生缺陷位点，从而调控其酸碱性、氧化还原活性以及吸附性能。 纳米复合与异质结构建： 介绍了将不同种类催化材料（如氧化物、金属、碳材料、半导体等）与多孔材料复合，形成纳米复合结构或异质结，以实现协同催化效应，提高催化效率和选择性。 掺杂与缺陷调控： 阐述了通过引入杂原子或调控材料自身的晶格缺陷，来改变多孔材料的电子结构、能带分布以及载流子行为，进而影响其催化性能，特别是在光催化和电催化领域。 第六章：高性能多孔催化材料的表征技术 本章系统介绍了用于表征高性能多孔催化材料的关键技术，帮助读者全面了解如何评估材料的结构、形貌、组成和催化性能。 结构与形貌表征： 重点介绍了X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、氮吸附-脱附等温线（BET）、聚焦离子束（FIB）等技术，用于分析晶体结构、孔道尺寸、比表面积、形貌等。 化学组成与电子结构表征： 详细阐述了X射线光电子能谱（XPS）、能量色散X射线光谱（EDX）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、X射线吸收光谱（XAS）等技术，用于确定元素的组成、价态、化学环境以及电子结构。 催化性能评价： 介绍了常用的催化反应动力学分析方法、同位素示踪技术、原位/就位表征技术（如原位XRD、原位IR、原位XAS等），以及如何通过宏观催化反应测试来评估材料的活性、选择性和稳定性。 第七章：高性能多孔催化材料在能源与环境领域的应用 本章深入探讨了高性能多孔催化材料在当前能源和环境领域面临的关键挑战中的应用潜力。 能源领域： 储能： 阐述了其在锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等储能器件中的应用，重点关注多孔结构对电极材料的比容量、倍率性能和循环稳定性的影响。 燃料电池： 介绍了在氧还原反应（ORR）、析氢反应（HER）、析氧反应（OER）等关键电催化过程中的应用，以及如何通过结构设计优化催化活性和耐久性。 光催化： 探讨了其在太阳能制氢、二氧化碳还原、有机污染物降解等光催化过程中的应用，重点关注材料的光吸收能力、载流子分离效率以及催化活性位点的设计。 环境领域： 污染物去除： 介绍了在空气净化（如VOCs氧化）、水处理（如选择性吸附、催化氧化去除污染物）等方面的应用，关注材料的吸附容量、催化氧化效率和选择性。 工业过程催化： 讨论了其在加氢、脱氢、氧化、烷基化、异构化等传统与新兴工业催化反应中的应用，以及如何通过高性能催化材料实现过程的绿色化和高效化。 第八章：挑战与未来发展趋势 本章对高性能多孔催化材料的未来发展进行了展望，指出了当前面临的主要挑战，并提出了未来研究的方向。 挑战： 包括合成的可控性与规模化、长期稳定性与抗中毒能力、催化机制的深入理解、多尺度模拟与设计以及经济性与环境友好性等。 未来趋势： 强调了发展多功能集成型催化材料、智能可再生催化剂、计算催化与数据驱动的材料设计、以及针对特定应用场景的定制化材料开发的重要性。 本书内容结构清晰，逻辑严谨，充分结合了理论知识与实验结果，并对最新的研究进展进行了梳理和评述，旨在为读者提供一个全面、深入且前瞻性的视角，以期推动多孔催化材料科学与技术的进一步发展。
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