固体催化剂实用研究方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:中国石化出版社

作者:刘维桥

出品人:

页数:275 页

译者:

出版时间:2000-03-01

价格:14.0

装帧:平装

isbn号码:9787800438349

丛书系列:

图书标签:

• 固体催化剂
• 催化剂
• 催化反应
• 催化剂制备
• 催化剂表征
• 催化性能测试
• 实用技术
• 化学工程
• 材料科学
• 工业催化

好的，这是一本关于计算化学在材料科学中应用的图书简介。 --- 计算化学：现代材料设计与性能预测的强大工具 概览 本书深入探讨了计算化学在材料科学领域的核心应用，重点聚焦于如何利用密度泛函理论（DFT）、分子动力学（MD）模拟以及机器学习（ML）方法，从原子和电子层面预测、设计和优化新型功能材料。 在传统材料发现过程中，高昂的实验成本和漫长的时间周期是主要的瓶颈。本书旨在为研究人员和工程师提供一套系统的计算工具箱，使他们能够高效地筛选候选材料，理解复杂物理化学过程的微观机制，从而加速材料的创新与转化。 全书内容围绕“从第一性原理到宏观性能预测”的主线展开，涵盖了从基础理论构建到复杂系统模拟的完整流程，强调了理论与实践的紧密结合。 第一部分：计算化学基础与理论框架 本部分为理解后续高级应用奠定了坚实的理论基础。 第一章：量子力学基石与电子结构理论 详细阐述了薛定谔方程的物理意义及其在多电子体系中的求解困难。重点介绍密度泛函理论（DFT）的核心思想，包括霍恩伯格-科恩定理和 Kohn-Sham 方程。 泛函的选择与精度评估： 深入分析了 LDA、GGA（如 PBE、PW91）、Meta-GGA 以及混合泛函在描述不同化学键和材料特性（如带隙、结合能）方面的优缺点及适用性。 赝势（Pseudopotentials）技术： 解释了如何使用实空间和倒易空间的赝势方法（如 PAW、norm-conserving 赝势）来有效处理原子实核与价电子之间的相互作用，显著降低计算成本。 第二章：周期性系统的建模与计算 材料科学中绝大多数功能材料，如半导体、金属和氧化物，具有周期性晶体结构。本章专注于周期性边界条件下的计算方法。 晶体结构优化与弛豫： 阐述了如何通过能量和力的收敛标准来精确确定晶体结构的最优点，包括点阵矢量和内部原子位置的优化算法。 电子态计算与能带结构分析： 详细介绍了布里渊区（Brillouin Zone）的采样方法（如 Monkhorst-Pack 方案），以及如何基于计算得到的能带结构判断材料的导体、半导体或绝缘体性质，并计算有效质量。 态密度（DOS）及其投影分析： 解释了如何利用态密度来理解电子在不同原子轨道上的分布和能级贡献，这对解析材料的化学键合特性至关重要。 第三章：有限体系与分子模拟 针对纳米材料、表面吸附和分子聚集体等非周期性体系，本章介绍了有限体系的计算策略。 分子与集群计算： 讨论了如何利用有限盒子模型模拟纳米颗粒、缺陷位点或单分子吸附。 几何构象搜索与能量最小化： 介绍用于扫描复杂势能面、寻找全局或局部能量极小的算法（如梯度下降、共轭梯度法）。 激发态理论简介： 简要介绍了时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）在预测光学吸收、荧光发射等光物理性质中的应用。 第二部分：动力学模拟与过程理解 本部分将焦点从静态结构计算转向了随时间演化的动态过程模拟。 第四章：分子动力学（MD）模拟基础 详细讲解了分子动力学模拟的理论基础，即牛顿运动方程的数值积分。 力场（Force Fields）的构建与选择： 区分了原子间势函数（如 Lennard-Jones、Coulomb 相互作用）和更复杂的化学键合势场（如 AMBER, CHARMM, ReaxFF）。重点讨论了 ReaxFF 在模拟化学反应过程中的优势。 系综与热力学控制： 阐述了如何使用不同的集成算法（如 Verlet 算法）和热浴/压力浴（如 Nosé-Hoover 恒温恒压算法）来精确控制系统的温度和压力。 第五章：相变与扩散过程模拟 利用 MD 模拟来揭示材料在不同温度和压力下的动态行为。 晶格动力学与声子谱计算： 介绍如何利用有限差分法或密度泛函微扰理论（DFPT）计算声子色散关系，从而理解晶格振动、热导率以及材料的稳定性。 扩散与迁移率计算： 演示如何通过均方位移（MSD）分析来量化原子在晶格或液体中的扩散系数，这对于电池电解质或催化剂载体的设计至关重要。 熔化与玻璃化转变： 分析 MD 模拟中识别材料相变点（如熔点）的有效判据。 第六章：界面、表面与催化过程的模拟 计算化学在理解异相催化、腐蚀和薄膜生长方面发挥着核心作用。 表面结构与吸附能： 阐述了如何构建高真空度或有限压力下的表面模型（如 Slab 模型），并精确计算反应物或中间体在不同活性位点的吸附强度。 反应路径搜索（Reaction Pathway Search）： 介绍先进的算法，如爬山算法（Climbing Image Nudged Elastic Band, CI-NEB）和元动力学（Metadynamics），用于确定反应能垒和过渡态结构。 缺陷工程： 模拟点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷或晶界对材料电子结构和反应活性的影响。 第三部分：数据驱动的材料科学 本部分面向前沿，探讨如何结合大数据和机器学习技术，加速材料性能预测。 第七章：从结构到性能的描述符（Descriptors） 在利用 ML 模型之前，必须将复杂的原子结构转化为可量化的数字特征。 原子环境向量（AEV）与高维描述符： 介绍如何使用如 SOAP（Symmetry-Adapted główne Polynomials）或 Behler-Parrinello 神经网络势能面（NNP）所需的描述符来捕捉局部原子环境的几何信息。 晶体结构描述符： 探讨如 Magpie 属性集等全局特征，用于描述晶体的平均化学组成。 第八章：机器学习势能与高通量计算 结合第一性原理数据和 ML 技术，实现近乎 DFT 精度但计算速度快数个数量级的模拟。 神经网络势能（NNP）的训练与应用： 详细讲解如何利用 DFT 数据集训练 NNP 模型，并将其应用于数百万原子步长的长时间、大尺度 MD 模拟。 高通量虚拟筛选： 描述如何构建标准化的计算流程，自动化地对数千种潜在材料进行 DFT 筛选，快速锁定具有所需特性的候选者。 总结与展望 本书最后总结了计算化学在功能材料（如储能材料、光催化剂、新型合金）研究中的成功案例，并展望了量子计算、人工智能在材料设计领域可能带来的颠覆性变革。 本书适合于材料学、化学、物理学、化学工程等领域的高年级本科生、研究生以及从事材料研发的专业工程师和科研人员。通过系统学习，读者将能够独立构建、运行和解读复杂的计算模拟项目，成为利用计算工具推动材料创新的骨干力量。

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作为一名对新材料探索充满热情的材料工程师，我一直对固体催化剂的性能优化和功能化改良抱有浓厚兴趣。“固体催化剂实用研究方法”这本书为我提供了宝贵的知识和洞见。作者在“纳米催化剂的设计与表征”章节中，展现了他对纳米材料特性的深刻理解和对前沿研究的敏锐洞察。我尤其欣赏他对“量子尺寸效应”、“表面效应”、“宏观量子隧道效应”等纳米材料独特性能的详细阐述，以及如何利用这些特性来设计高性能的催化剂。书中详细介绍了如何通过“模板法”、“尺寸控制合成”、“表面修饰”等手段来制备具有特定形貌、尺寸和表面性质的纳米催化剂。他通过生动的案例，例如如何利用多级孔二氧化硅模板来制备具有优异催化活性的单原子金属催化剂，或者如何通过表面等离子体共振效应来增强纳米金催化剂的光催化活性。此外，作者还深入探讨了如何利用“高分辨透射电子显微镜（HRTEM）”、“扫描隧道显微镜（STM）”等先进表征技术来解析纳米催化剂的表面结构、活性位点和吸附物种的分布。这本书不仅拓宽了我的视野，更重要的是，它激发了我对纳米科学与催化科学交叉领域的浓厚兴趣，并为我提供了在纳米催化剂设计和应用方面的创新思路。

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我是一名对化学工业抱有浓厚兴趣的学生，一直以来都对催化剂在现代工业生产中的关键作用深感好奇。偶然的机会，我接触到了“固体催化剂实用研究方法”这本书，它彻底改变了我对催化剂的认知，让我看到了一个更加广阔和深入的世界。书中关于“电子显微技术”，特别是透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）的讲解，让我印象尤为深刻。作者不仅仅介绍了这两种技术的分辨率和成像原理，更重要的是，他详细阐述了如何利用这些技术来观察催化剂的形貌、粒径、分散度以及纳米结构的形成。他通过大量的图片和案例，展示了如何通过高分辨率TEM来解析催化剂的晶体结构、缺陷以及活性纳米颗粒的尺寸和分布，这对于理解催化剂的表面积和活性位点密度至关重要。此外，作者还介绍了能量色散X射线光谱（EDS）和电子能量损失谱（EELS）等联用技术，如何为催化剂提供元素组成和化学态信息。这些信息对于鉴定催化剂的组成、研究活性相的分散以及分析催化剂失活机理都具有不可替代的作用。这本书让我明白了，科学研究不仅仅是理论的推导，更是对微观世界的精妙观察和深刻洞察。我感觉这本书不仅教会了我研究方法，更培养了我对科学的严谨态度和探索精神。

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这本书给我带来了全新的视角，虽然我是一名初学者，对于“固体催化剂”这个概念还停留在朦胧的认识阶段，但作者的讲解方式却像一位经验丰富的向导，一步步地引领我探索这个复杂而迷人的领域。我尤其欣赏的是作者在介绍各种研究方法时，不仅仅停留在理论层面，而是深入浅出地阐述了每一种方法的原理、适用范围以及在实际应用中的注意事项。例如，在提到X射线衍射（XRD）时，作者并没有仅仅罗列出衍射峰的分析方法，而是详细解释了晶体结构、相鉴定、晶粒尺寸以及应力等信息是如何通过XRD数据获得的，并举例说明了这些信息在催化剂设计和性能评估中的重要性。他甚至还分享了一些在进行XRD实验时可能遇到的常见问题和解决方案，这对于像我这样的新手来说，无疑是雪中送炭。此外，作者还穿插了一些历史故事和前沿进展，让我在学习专业知识的同时，也能感受到催化科学的魅力和发展脉络。我感觉自己好像真的亲身参与到实验室的研究工作中，与作者一起思考，一起解决问题。这本书的图文并茂也让我印象深刻，清晰的示意图和高质量的显微照片，有效地辅助了文字的表达，让抽象的概念变得更加直观易懂。总而言之，这本书不仅仅是一本教材，更像是一位耐心的导师，为我打开了通往固体催化剂研究世界的大门，让我充满了继续深入学习的动力和信心。

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作为一名在材料科学领域深耕多年的研究人员，我对“固体催化剂实用研究方法”这本书的出版感到尤为振奋。在我的职业生涯中，我接触过各种各样的催化剂，也尝试过无数种研究方法，但这本书却依然能给我带来新的启发和深刻的思考。作者在对各种光谱技术，例如红外光谱（IR）和拉曼光谱（Raman）的讲解中，展现了他对这些技术的深刻理解和独到见解。他不仅仅介绍了这些技术的基本原理，更重要的是，他着重于如何利用这些技术来解析催化剂的表面结构、活性位点以及反应过程中的中间产物。我特别欣赏作者对“表面官能团”和“配位模式”等概念的细致阐述，以及如何通过谱峰的位移、强度变化和多普勒效应来推断催化剂的微观结构和电子性质。这对于理解催化剂的活性起源和设计高性能催化剂至关重要。书中还详细讨论了原位（in-situ）和准原位（operando）研究方法的应用，这正是当前催化研究的前沿方向。作者通过生动的案例分析，展示了如何通过这些方法来捕捉催化反应过程中的动态信息，从而更深入地揭示催化机理。这本书的内容深度和广度都达到了一个相当高的水平，足以满足从入门研究者到资深科学家的不同需求。它不仅是一本技术指南，更是一部关于如何进行科学探索和创新的思想集锦。

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我是一名对环境催化领域充满热情的博士后研究员，一直在寻找一本能够系统性地梳理固体催化剂在环境修复中应用的研究方法书籍。“固体催化剂实用研究方法”这本书完全超出了我的预期。作者在“催化剂老化与失活研究”章节中，展现了他对催化剂在实际应用中面临挑战的深刻理解和应对策略。我尤其欣赏他对“烧结”、“积碳”、“中毒”、“堵塞”等常见失活机理的详细阐述，以及如何通过各种表征技术来诊断催化剂的失活原因。书中详细介绍了如何利用X射线衍射（XRD）来监测晶粒长大，如何利用程序升温氧化（TPO）来分析积碳，如何利用X射线光电子能谱（XPS）来识别有毒物种的吸附，以及如何利用气体吸附/脱附技术来评估孔道堵塞。我特别欣赏作者对“再生”策略的探讨，例如通过氧化、还原、酸洗等方法来恢复催化剂的活性。他通过生动的案例，例如在汽车尾气净化催化剂（如三元催化剂）的失活与再生研究中，展示了如何综合运用多种手段来理解催化剂的长期稳定性，并开发有效的再生方法。这本书不仅为我的环境催化研究提供了坚实的理论基础，更重要的是，它教会了我如何从一个更全面的角度来审视催化剂的生命周期，如何在设计催化剂时就考虑到其长期稳定性和可再生性。

评分☆☆☆☆☆

我是一名正在探索催化剂性能评估新方法的博士生，一直在寻找一本能够系统性地梳理固体催化剂研究方法，特别是那些能够揭示催化剂微观结构与宏观性能之间关系的书籍。“固体催化剂实用研究方法”这本书完全超出了我的预期。作者在“催化剂的孔道结构与比表面积研究”章节中，展现了他对材料科学基本原理的深刻理解和对实验技术应用的精湛掌握。我尤其欣赏他对“BET法”、“BJH法”等气体吸附/脱附技术的详细阐述，不仅仅解释了这些技术的原理和计算方法，更重要的是，他深入分析了比表面积和孔道结构如何影响催化剂的活性、选择性和稳定性。书中通过生动的案例，例如如何通过控制制备条件来调控介孔材料的孔径分布，从而优化其对特定反应物分子的吸附和扩散，或者如何通过引入大孔结构来改善催化剂的抗积碳性能。此外，作者还介绍了“小角X射线散射（SAXS）”等技术，如何为催化剂的孔道结构提供宏观信息。这本书不仅为我提供了关于如何精确评估催化剂表面性质的指导，更重要的是，它让我明白了，催化剂的性能不仅仅取决于活性组分，其载体材料的结构特征同样扮演着至关重要的角色，这为我未来的催化剂设计提供了新的思路和方向。

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作为一名在石油化工行业从事催化剂开发和应用的研究工程师，我对“固体催化剂实用研究方法”这本书的内容给予高度评价。作者在“催化剂制备与改性”章节中，展现了他对各种制备技术的精湛掌握和对材料性能的深刻理解。我尤其欣赏他对“浸渍法”、“共沉淀法”、“溶胶-凝胶法”等常用制备方法的详细介绍，不仅解释了这些方法的原理和操作步骤，更重要的是，他深入分析了不同制备方法对催化剂的形貌、晶体结构、比表面积、孔道结构以及活性组分分散度的影响。他通过生动的案例，例如如何通过控制溶胶-凝胶过程中的pH值和水解速率来调控介孔材料的孔径和规整度，或者如何通过优化浸渍过程中的浸渍液浓度和干燥温度来提高活性组分在载体上的分散度。书中还详细介绍了各种催化剂改性策略，如引入第二活性组分、改变载体性质、进行表面修饰等，以及这些改性如何协同作用以提高催化剂的活性、选择性和稳定性。这本书为我提供了宝贵的指导，帮助我更好地理解和优化催化剂的制备过程，从而开发出更高效、更稳定的工业催化剂。

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我是一名正在攻读催化专业的博士生，正在寻找一本能够系统性地梳理固体催化剂研究方法的书籍。“固体催化剂实用研究方法”这本书完全超出了我的预期。作者在介绍“催化反应动力学”研究方法时，展现了他对该领域的深刻理解和独到见解。他不仅仅介绍了零级、一级、二级等基本反应级数概念，更重要的是，他详细阐述了如何通过不同温度和分压下的反应速率数据，来测定反应动力学参数，如表观活化能、指前因子等。书中还深入探讨了米氏-门登哈尔（Michaelis-Menten）动力学模型在多相催化中的应用，以及如何通过 Langmuir-Hinshelwood 和 Eley-Rideal 等模型来描述吸附和反应过程。我尤其欣赏作者对“速率控制步骤”和“传质传热限制”的详细分析，这对于准确解读动力学数据、避免误判至关重要。他通过生动的案例分析，展示了如何通过动力学研究来揭示催化反应机理，例如，如何通过反应级数的变化来判断反应在吸附、表面反应或脱附哪个步骤受控。这本书不仅为我的动力学研究提供了坚实的理论基础，更重要的是，它教会了我如何批判性地思考和分析实验数据，如何从看似复杂的现象中抽丝剥茧，找到隐藏在背后的科学规律。

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作为一名在能源领域工作的工程师，我一直关注着固体催化剂在清洁能源转化中的应用，而“固体催化剂实用研究方法”这本书为我提供了宝贵的知识和洞见。我特别欣赏作者对“吸附和脱附”研究方法的细致讲解。书中详细介绍了多种技术，如程序升温解吸（TPD）、程序升温氧化（TPO）、程序升温还原（TPR）以及程序升温化学吸附（TPChem）等。作者不仅仅解释了这些技术的基本原理，更重要的是，他强调了如何利用这些技术来研究催化剂与反应物分子之间的相互作用，以及催化剂的酸碱性、氧化还原性等关键性质。他通过具体的实例，例如 CO2 氢化、CO 氧化等反应，展示了如何通过 TPD 数据来确定吸附物种的性质、吸附强度以及催化剂的酸碱位点密度和强度。这对于理解催化剂的活性位点和反应机理至关重要。书中还深入探讨了不同吸附模式对催化性能的影响，以及如何通过优化催化剂的吸附性能来提高催化效率和选择性。这本书让我对催化剂的性能评估有了更深入的认识，也为我在实际工作中优化催化剂的设计和应用提供了重要的理论指导和实践经验。

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我是一名正在寻求突破的化学合成研究者，一直对固体催化剂在有机合成中的应用感到着迷。“固体催化剂实用研究方法”这本书为我提供了宝贵的理论指导和实践经验。作者在“非均相催化在有机合成中的应用”章节中，展现了他对现代有机合成方法学的深刻理解和对绿色化学理念的坚定追求。我尤其欣赏他对“选择性氧化”、“不对称催化”、“C-C偶联反应”等重要有机转化中使用固体催化剂的详细介绍。书中通过大量的化学反应实例，展示了固体催化剂如何在温和的条件下，以高产率和高选择性地实现复杂的有机合成目标。他详细阐述了不同类型的固体催化剂，如负载型金属催化剂、分子筛、金属有机框架（MOFs）等，在这些反应中的作用机理和优势。我特别欣赏作者对“催化剂的循环使用”和“催化剂的回收与分离”等方面的讨论，这与绿色化学和可持续发展的理念高度契合。这本书不仅为我提供了应对合成挑战的有力工具，更重要的是，它激发了我利用固体催化剂进行创新性有机合成研究的动力，并为我指明了未来研究的方向。

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