1）本书聚焦催化反应前沿领域，系统地介绍了各种先进催化反应技术，理论与实践结合，实用性强，可为催化反应的相关技术研发和工业生产提供技术支持，有较高的参考价值和启迪性。
2）本书全面呈现了当前催化反应的科研成果与发展趋势，主要内容包括电解水反应、二氧化碳还原反应、甲酸合成与转化反应、甲烷催化重整反应、氨硼烷制氢反应、氧电转化反应、过氧化氢光（电）化学合成反应、高级氧化反应、选择性环氧化反应、生物质加氢脱氧精炼反应、合成氨反应以及纳米碳材料合成反应。
3）本书由中国工程院蒋剑春院士做序，具有前沿性、权威性、实用性等特色，可助力读者完善专业知识架构，了解学科前沿动态，培养科研与实践能力。

本书聚焦催化反应前沿领域，系统地介绍了各种先进催化反应技术。主要内容包括电解水反应、二氧化碳还原反应、甲酸合成与转化反应、甲烷催化重整反应、氨硼烷制氢反应、氧电转化反应、过氧化氢光（电）化学合成反应、高级氧化反应、选择性环氧化反应、生物质加氢脱氧精炼反应、合成氨反应以及纳米碳材料合成反应。本书全面呈现了当前催化反应的科研成果与发展趋势，理论与实践结合，实用性强，可为催化反应的相关技术研发和工业生产提供技术支持，有较高的参考价值和启迪性。
本书可供化学、材料等领域的科研人员和工程技术人员阅读，也可供相关专业的在校师生参考。

刘艳艳，河南农业大学教授，国家自然科学基金青年科学基金项目（B类）（原优秀青年基金）获得者。长期从事农林生物质基先进功能炭材料应用基础研究。以第一或通信作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Sci.、Green Chem.、J. Energy Chem.、Nano Res.等期刊发表论文60余篇，获授权发明专利10余件，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题等项目10余项，获河南省科技进步一等奖等省部级奖励2项，入选林草科技创新青年拔尖人才、中原英才计划青年拔尖人才等省部级人才称号4项。
李保军，郑州大学教授。长期致力于负载型纳米合金催化剂及化学产氢技术研究。主持完成国家自然科学基金等科研项目10余项。以第一或通信作者在J. Am. Soc. Chem.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Appl. Catal. B、Adv. Sci.等期刊发表论文150余篇，获授权发明专利14项。2021年获河南省科学技术进步奖一等奖，2024年获河南省研究生高等教育教学成果特等奖，2023年获河南省人力资源与社会保障厅嘉奖。参与人名反应（Cao-Cheetham Reaction）早期创建工作。

序
前言
第1章电解水反应1
1.1背景与意义1
1.2电解水反应机理2
1.2.1阴极析氢反应机理3
1.2.2阳极析氧反应机理4
1.2.3电解水面临的挑战4
1.3催化剂与构效关系5
1.3.1电解水析氢催化剂5
1.3.2电解水析氧催化剂9
1.4电解水催化剂设计策略14
1.4.1理论计算14
1.4.2化学掺杂15
1.4.3缺陷工程16
1.4.4相工程16
1.4.5异质结构16
1.5总结与展望17
1.5.1总结17
1.5.2展望17
参考文献17
第2章二氧化碳还原反应25
2.1背景与意义25
2.2CO2还原反应网络26
2.2.1热催化CO2还原26
2.2.2电催化CO2还原26
2.2.3光催化CO2还原27
2.2.4光电/热催化CO2还原29
2.3催化剂与构效关系29
2.3.1热催化CO2还原催化剂29
2.3.2电催化CO2还原催化剂31
2.3.3光催化CO2还原催化剂31
2.3.4光电/热催化CO2还原催化剂33
2.4总结与展望35
2.4.1总结35
2.4.2展望36
参考文献36
第3章甲酸合成与转化反应39
3.1背景与意义39
3.2基于甲酸的反应网络40
3.2.1甲酸合成物质转化40
3.2.2甲酸分解物质转化41
3.3体系分类与效果42
3.3.1光催化CO2制备甲酸42
3.3.2电催化CO2制备甲酸42
3.3.3光催化甲酸分解制备氢气43
3.3.4化学催化甲酸分解制备氢气44
3.4催化剂与催化机理47
3.4.1CO2制备甲酸光催化机理47
3.4.2CO2制备甲酸电催化机理48
3.4.3甲酸脱氢化学催化机理49
3.4.4甲酸脱氢光催化机理51
3.5总结与展望52
3.5.1总结52
3.5.2展望52
参考文献53
第4章甲烷催化重整反应58
4.1背景与意义58
4.2甲烷催化重整反应网络59
4.2.1甲烷干重整反应网络特征59
4.2.2甲烷蒸汽重整反应网络特征60
4.2.3甲烷部分氧化重整反应网络特征61
4.3甲烷重整反应体系分类与效果62
4.3.1甲烷电气化重整62
4.3.2等离子体辅助甲烷重整64
4.3.3甲烷光催化重整66
4.4催化剂及催化机理69
4.4.1甲烷干重整催化机理69
4.4.2甲烷蒸汽重整催化机理72
4.4.3甲烷光催化机理73
4.5总结与展望76
4.5.1总结76
4.5.2展望76
参考文献77
第5章氨硼烷制氢反应82
5.1背景与意义82
5.2体系分类与催化效果84
5.2.1醇解体系84
5.2.2光辅助体系85
5.2.3贵金属体系86
5.2.4非贵金属体系87
5.3催化剂与反应机理90
5.3.1氧化加成-还原消除机理90
5.3.2预活化机理92
5.3.3SN2反应机理93
5.3.4四元环机理94
5.3.5酸碱机理94
5.4各种机理在催化过程中的重要性96
5.4.1指导催化剂设计与开发96
5.4.2优化反应条件并降低成本97
5.4.3推动科研和产业的可持续发展97
5.5总结与展望97
5.5.1总结97
5.5.2展望98
参考文献98
第6章氧电转化反应102
6.1背景与意义102
6.2氧电转化反应网络104
6.2.1氧还原反应104
6.2.2氧析出反应107
6.3体系分类与效果109
6.3.1典型应用体系109
6.3.2性能评价指标110
6.4氧电转化反应催化剂与反应机理113
6.4.1贵金属氧电催化剂114
6.4.2过渡金属氧化物氧电催化剂115
6.4.3非金属氧电催化剂115
6.4.4氧电转化反应机理116
6.5总结与展望117
6.5.1总结117
6.5.2展望117
参考文献118
第7章过氧化氢光（电）化学合成反应122
7.1背景与意义122
7.2过氧化氢合成反应网络122
7.2.1氧还原反应123
7.2.2水氧化反应124
7.3体系分类与效果124
7.3.1电化学合成过氧化氢124
7.3.2光化学合成过氧化氢129
7.3.3光电化学合成过氧化氢132
7.4催化机理133
7.4.1电化学合成过氧化氢机理134
7.4.2光化学合成过氧化氢机理136
7.4.3光电化学合成过氧化氢机理138
7.5总结与展望140
7.5.1总结140
7.5.2展望140
参考文献140
第8章高级氧化反应145
8.1背景与意义145
8.2高级氧化反应网络146
8.2.1核心反应路径146
8.2.2关键影响因素147
8.3体系分类与效果148
8.3.1芬顿/类芬顿氧化体系148
8.3.2过硫酸盐氧化体系149
8.3.3O3氧化体系151
8.3.4光催化氧化体系152
8.3.5电化学氧化体系153
8.4催化机理154
8.4.1芬顿氧化机理154
8.4.2过硫酸盐氧化机理155
8.4.3O3氧化机理155
8.4.4光催化氧化机理156
8.4.5电化学氧化机理157
8.5总结与展望157
8.5.1总结157
8.5.2展望158
参考文献158
第9章选择性环氧化反应162
9.1背景与意义162
9.2选择性环氧化反应网络与基本原理164
9.2.1基本环氧化反应类型165
9.2.2竞争性副反应166
9.2.3反应热力学与动力学特征167
9.2.4选择性调控的关键因素167
9.3钛硅分子筛催化体系分类与性能168
9.3.1按反应类型分类168
9.3.2按底物类型分类168
9.3.3催化性能评价指标169
9.4催化剂结构与反应机理170
9.4.1钛硅分子筛的结构特征170
9.4.2活性位点的作用机理172
9.4.3现有机理模型的争议173
9.4.4当前机理研究的瓶颈问题174
9.5总结与展望176
9.5.1总结176
9.5.2展望176
参考文献176
第10章生物质加氢脱氧精炼反应180
10.1背景与意义180
10.2生物质加氢脱氧反应网络182
10.2.1加氢反应182
10.2.2脱水反应182
10.2.3C—O键断裂反应182
10.2.4C—C键断裂反应184
10.3体系分类与效果186
10.3.1纤维素加氢脱氧186
10.3.2半纤维素加氢脱氧188
10.3.3木质素加氢脱氧190
10.3.4生物质油加氢脱氧192
10.4催化剂及催化机理193
10.4.1生物质加氢脱氧热催化机理193
10.4.2生物质加氢脱氧电催化机理195
10.4.3生物质加氢脱氧光催化机理196
10.5总结与展望197
10.5.1总结197
10.5.2展望197
参考文献198
第11章合成氨反应203
11.1背景与意义203
11.2催化合成氨的反应网络205
11.2.1等离激元光催化合成氨205
11.2.2电催化合成氨207
11.3氨合成的反应体系208
11.3.1等离激元光催化合成氨的反应体系208
11.3.2电催化合成氨的反应体系211
11.4合成氨的催化机理213
11.4.1等离激元光催化合成氨的反应机理213
11.4.2电催化合成氨的反应机理215
11.5总结与展望218
11.5.1总结218
11.5.2展望218
参考文献219
第12章纳米碳材料合成反应221
12.1背景与意义221
12.2碳材料合成反应网络222
12.2.1石墨烯常用的合成方法222
12.2.2碳纳米管常用的合成方法225
12.2.3石墨烯和碳纳米管绿色合成方法226
12.3反应机理229
12.3.1合成反应的基本原理与驱动力229
12.3.2石墨烯的合成反应机理230
12.3.3碳纳米管的合成反应机理232
12.4总结与展望234
12.4.1总结234
12.4.2展望234
参考文献235

当前全球经济处在新常态中，世界经济增长乏力。科学技术则处在亟须新突破、形成新的世界科学中心阶段。世界经济复苏和振兴依赖于科技新突破带动新产业链的形成，社会可持续发展对能源清洁高效利用和绿色制造工艺的需求越来越紧迫。先进催化反应是化学工程与材料科学领域的重要分支，在实现能源高效转化、污染物处理、绿色化工合成等方面作用重大，已成为形成新经济增长点的重要动力。先进催化反应研究借助多尺度原位表征、理论计算化学等技术，正朝原子级精准设计、智能化调控方向纵深发展。新的科技突破需要系统深入的认识体系来引领。鉴于学术界与产业界对先进催化反应前沿知识与核心技术的迫切需求，为助力科研工作者深化基础理论研究、工程师优化工业应用技术、高校师生完善专业知识体系，我们团队试图凭借长期深耕该领域所积累的丰富科研成果与实践经验，系统梳理并融合领域前沿进展，编写了这本书，旨在为学术交流、技术创新与人才培育提供专业参考。
全书内容共12章，包括电解水反应、二氧化碳还原反应、甲酸合成与转化反应、甲烷催化重整反应、氨硼烷制氢反应、氧电转化反应、过氧化氢光（电）化学合成反应、高级氧化反应、选择性环氧化反应、生物质加氢脱氧精炼反应、合成氨反应以及纳米碳材料合成反应。每一章节均融入了近年来全球顶尖科研团队的最新发现与理论突破，将处于学科尖端的研究成果转化为核心知识点。书中不仅对反应网络进行了详细解析，对催化体系也进行了清晰分类与效果评估，并且还深入阐释了催化剂作用及反应机制。读者能够直接将书中的内容应用于辅助研究选题、拓展科研认识、深化多维度科学研究，为科学研究与工业生产搭建起知识桥梁。
本书适用于化学、材料等领域的科研人员、工程技术人员，帮助他们获取先进催化反应前沿成果与理论，解决理论研究、技术研发与工业生产中的实际问题，开展创新工作；同时也适用于相关专业在校师生，助力他们完善专业知识架构，了解学科前沿动态，培养科研与实践能力。
本书由刘艳艳（河南农业大学）、李保军（郑州大学）、张轲（郑州大学）、彭智昆（郑州大学）编著，陈煜教授对全书进行了认真审阅。
在本书编写过程中，我们始终恪守学术规范，以精益求精的态度系统整合知识内容，力求全方位呈现先进催化反应领域的深度与广度。鉴于催化反应学科体系的交叉复杂性、研究领域的广泛延展性，加之编写周期与团队认知水平存在客观局限，书中或仍存在内容疏漏、论述不足等问题，恳请各位读者给予批评指正，提出宝贵的意见。

作者