能源化学进展 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:化学工业出版社

作者:袁权

出品人:

页数:372

译者:

出版时间:2005-8

价格:55.00元

装帧:精裝本

isbn号码:9787502573591

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 能源化学
• 可再生能源
• 能源存储
• 电化学
• 光化学
• 催化
• 材料化学
• 环境化学
• 纳米材料
• 绿色化学

跨越边界：新材料与可持续能源的探索 图书简介 本书聚焦于当代材料科学与能源技术交叉领域的前沿研究，旨在为读者提供一个全面而深入的视角，审视驱动未来可持续能源转型的关键创新。本书的结构设计旨在引导读者从宏观的能源系统挑战出发，逐步深入到微观的材料设计与性能优化，最终探讨如何将这些突破性的科学发现转化为切实可行的工业应用。 第一部分：能源转型的宏观图景与挑战 本书开篇详细剖析了当前全球能源格局所面临的严峻挑战。我们不仅探讨了气候变化带来的紧迫性，以及化石燃料依赖带来的地缘政治风险，更重点分析了能源系统转型过程中必须克服的技术瓶颈。 1.1 全球能源结构重塑的驱动力： 这一章节深入分析了政策驱动、经济可行性以及公众对环境可持续性的日益关注，是如何共同推动能源结构向低碳化和多元化方向转变的。我们详细考察了国际协议（如《巴黎协定》）对各国研发投入和技术路线选择的具体影响。 1.2 储能的瓶颈与需求预测： 间歇性是可再生能源（风能、太阳能）并网的主要障碍。本节将详细阐述当前电网级储能技术（如抽水蓄能、压缩空气储能）的局限性，并基于未来能源需求预测模型，量化了下一代长时、高密度储能系统的迫切需求。我们重点讨论了跨季节储能的必要性及其潜在的技术途径，例如化学热储能。 1.3 能源效率的极限与潜力： 提升终端用能效率是实现节能减排最快、成本最低的途径之一。本书用大量篇幅分析了建筑、交通和工业流程中的能量损失环节，并引入了先进的传热学和过程强化理论，探讨如何通过新型界面材料和系统集成设计，实现能效的根本性突破。 第二部分：突破性材料的合成与调控 本部分是全书的核心，它将焦点从宏观系统转移到原子和分子层面，深入探讨了用于捕获、转化和储存能源的新型功能材料的理性设计原则。 2.1 催化剂的界面工程： 能源转化，无论是燃料电池的氧还原反应（ORR）还是电解水制氢（HER/OER），其效率都受限于催化剂的活性和稳定性。本章详细介绍了如何通过精确控制纳米颗粒的尺寸、形貌、晶面暴露度，以及构建合金或单原子催化剂结构，实现对反应能垒的优化调控。我们特别关注了非贵金属基催化剂在酸性与碱性介质中的性能提升策略。 2.2 固态离子导体与电池界面： 锂离子电池的能量密度和安全性是当前研究的热点。本书系统梳理了聚合物电解质、无机玻璃电解质和固态氧化物电解质的结构-性能关系。重点剖析了固态电池中“固-固”界面阻抗过高的问题，并介绍了利用原位表征技术（如原位X射线断层扫描）揭示界面副反应的机制，以及通过表面包覆技术或原位原位聚合方法抑制界面相变的最新进展。 2.3 光电转换材料的缺陷工程： 太阳能光伏领域，钙钛矿材料因其卓越的光电特性而备受瞩目。本章深入探讨了钙钛矿材料中本征缺陷（如空位、间隙离子）对载流子复合效率的负面影响。我们详细阐述了如何通过引入大分子钝化剂或进行晶格掺杂，有效“捕获”或“消除”这些缺陷态，从而实现器件效率的长期稳定化。此外，有机光伏（OPV）中的非富勒烯受体的设计思路也被纳入讨论。 2.4 高性能热电材料的能带调控： 将热能直接转化为电能的热电材料，其性能由塞贝克系数、电导率和热导率这三个相互制约的参数决定。本书介绍了一种系统性的材料设计策略，即通过引入共振态、控制晶格畸变或利用复杂晶体结构来“解耦”这些参数。例如，对碲化锗锡（GeSnTe）体系的深入分析，展示了如何通过价带工程来优化其塞贝克系数。 第三部分：系统集成与未来展望 材料的突破最终需要转化为高效、可靠的能源系统。本部分探讨了如何将第二部分介绍的先进材料集成到实际应用场景中，并展望了未来可能颠覆现有格局的前沿技术方向。 3.1 绿色氢能的规模化生产： 氢气作为零碳燃料载体，其大规模应用依赖于高效的制备技术。本章对比了高温电解、碱性电解、质子交换膜（PEM）电解和阴离子交换膜（AEM）电解的优势与劣势。重点阐述了AEM电解槽在降低系统成本、摆脱贵金属电极依赖方面的潜力，以及其在水循环和电解液管理方面面临的工程挑战。 3.2 合成燃料与碳循环： 本节关注如何利用可再生电力和捕获的二氧化碳（CO2）来合成甲醇、合成天然气等高附加值燃料（Power-to-X）。书中分析了电催化CO2还原（CO2RR）的复杂多电子转移过程，并对比了液相与固相反应器设计对产物选择性的影响。 3.3 新型能源载体的潜力与风险评估： 除了传统的电能和氢能，本书还对氨、液态有机氢载体（LOHCs）等新型能源载体进行了技术经济性评估。评估指标涵盖了能量密度、储存便利性、基础设施兼容性以及全生命周期碳排放。 3.4 跨学科研究的范式转移： 最后，本书强调了能源材料研究已不再是纯粹的化学或物理问题，而是需要人工智能、大数据分析和高通量计算深度融合的领域。我们探讨了如何利用机器学习算法来加速新材料的筛选和性能预测，从而极大地缩短从实验室发现到实际应用的时间跨度。 本书内容严谨、论述详实，图表丰富，不仅是能源材料专业研究人员和工程师的重要参考资料，也是政策制定者和致力于可持续发展领域的高级学生理解未来能源技术路径的必备读物。它清晰地勾勒出了一条从基础科学发现到解决全球能源危机的创新之路。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面的深蓝色调配上烫金的标题字体，散发出一种沉稳而专业的质感，拿在手里分量十足，纸张的质感也很好，阅读起来很舒适，没有廉价书籍那种刺鼻的油墨味。我本是抱着了解新能源技术大致脉络的心态翻开的，但很快就被书中对材料科学和电化学基础原理的深入阐述所吸引。作者似乎非常注重从微观层面解释宏观现象，比如在讨论电池工作机理时，详细描绘了离子在电解质中的传输路径和界面反应的动力学过程，这对于我这种非专业出身但对技术细节有好奇心的读者来说，既是挑战也是极大的满足。书中对于新型催化剂的分类和性能比较，用了很多图表和流程图来辅助说明，逻辑性极强，使得那些复杂的化学反应方程式也不再显得那么枯燥。尤其是关于固态电解质的研究进展那一章，作者似乎非常谨慎地平衡了理论的严谨性和工程应用的潜力，既指出了当前技术瓶颈，也展望了未来可能的突破方向，让我对未来的能源存储技术有了更具体和可触摸的想象，而不是停留在科幻概念的层面。整体来看，这是一本非常扎实、注重细节的学术参考书，对需要深入理解能源转换与存储机制的专业人士无疑是宝贵的资源，而对于我这样的爱好者来说，它提供了一个极佳的进阶学习路径。

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这本书给我带来的最大冲击是其对“界面”的执着关注。在很多章节中，无论是电化学反应、光催化过程还是材料的稳定性和寿命问题，作者的分析最终都会落脚到物质的界面行为上。书中对双电层结构、固液界面的能带对齐、以及反应中间体的吸附/脱附动力学等细节的描绘，极其生动且富有层次感。它让我意识到，许多宏观性能的瓶颈，往往隐藏在这些我们肉眼不可见的微小区域。例如，在讲解锂离子电池的循环衰减时，作者花了大量篇幅来解释SEI膜的形成、演变及其对锂离子嵌入/脱出过程的阻碍，这种对局部微环境影响的深入洞察，是教科书上难以找到的深度。阅读这本书的过程，就像是拿着一个高倍电子显微镜，不断地聚焦于那些决定系统成败的关键薄层。对于那些致力于提升器件性能、追求极致效率的科研人员而言，这本书无疑提供了宝贵的思维框架和关键的切入点，它强调了在复杂的能源系统中，解决“小问题”往往是突破“大瓶颈”的钥匙。

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这本书的视角非常宏大，它并没有将能源化学局限于单一的技术路线，而是以一种全球视野来审视当前面临的能源挑战及其潜在的化学解决方案。我感觉作者像是一位资深的战略规划者，而非仅仅是某个小领域的专家。比如，书中对碳捕获与转化（CCU）技术的讨论，不仅仅聚焦于催化剂的活性，而是将其置于全球碳中和的大背景下，详细分析了经济可行性和大规模部署的工程障碍。这种跳出实验细节，关注更宏观的系统效率和环境影响的论述，非常引人深思。全书的论述风格中透露着一种对可持续发展的坚定信念，即便在讨论一些仍处于实验室阶段的前沿技术时，作者也总是会回到“这对地球意味着什么”这个核心问题上。此外，书中对不同技术路线的优缺点对比分析极其客观公正，没有明显的偏袒任何一方，例如在对比燃料电池和电化学储能时，从能量密度、启动速度、基础设施依赖性等多个维度进行了细致的权衡，这种平衡的观点对于形成全面的认知非常有帮助。

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这本书的叙述方式，说实话，初读时感觉有点像在啃一块非常坚硬却营养丰富的面包，需要细嚼慢咽。它不像市面上那些流行的科普读物那样追求故事性和趣味性，而是极其严谨地遵循了科学论文的结构和论证逻辑。书中对于热力学和反应速率理论的引用和推导非常详尽，每一个结论几乎都有公式支撑，这让我想起大学里那些厚厚的专业教材，但又比教材多了一层对前沿动态的关注。令我印象深刻的是，作者在探讨光催化降解污染物时，并没有仅仅停留在介绍几种已有的半导体材料，而是深入剖析了不同晶面暴露程度对光生载流子分离效率的影响，并引用了大量的计算化学模拟结果作为佐证。这种对“为什么”比“是什么”更关注的写作风格，使得全书的深度远超一般综述性文章。当然，这也意味着阅读门槛不低，我时不时需要停下来，查阅一些基础的物理化学概念，才能跟上作者的思路。不过，一旦跟上，那种豁然开朗的感觉是其他读物难以比拟的。它不是那种读完就扔掉的书，更像是一本可以放在案头，时不时翻阅以检验自己理解深度的工具书，尤其适合那些需要将基础理论与实际工程问题相结合的研发人员。

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从阅读体验上来说，这本书的排版和索引系统处理得相当成熟。章节之间的过渡处理得非常流畅，不像有些学术著作那样生硬地堆砌知识点，而是能够自然地将一个研究主题引向下一个相关领域。例如，从基础的电化学界面理论，很自然地过渡到对新型电极材料的结构设计，再到实际的电池组装工艺优化，这种层层递进的结构，帮助我构建了一个完整的知识图谱。我尤其欣赏作者对“跨学科性”的强调，书中频繁地引入了材料工程、表面物理乃至计算模拟等领域的术语和方法论，这清晰地表明了现代能源化学研究已不再是孤立的学科。书中关于模拟方法的介绍部分，虽然没有提供具体的编程代码，但对各种模拟方法的适用范围和局限性进行了坦诚的讨论，这种坦诚的态度让我对作者的专业性更加信服。它成功地架起了一座桥梁，连接了基础科学的抽象概念与产业界对高效能、长寿命能源器件的实际需求。对于那些希望从理论研究走向实际应用的研究生或者工程师来说，这本书提供的视野是广阔且实用的。

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