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出版者:Facts on File

作者:Daintith, John (EDT)

出品人:

页数:310

译者:

出版时间:

价格:17.95

装帧:Pap

isbn号码:9780816056507

丛书系列:

图书标签:

• 化学
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现代化学的广袤疆域：一部面向未来的化学参考指南 本书简介 本书旨在为当代化学领域的学习者、研究人员以及对物质科学充满好奇的读者，提供一个全面、深入且极具前瞻性的参考视角。它摒弃了传统化学词典或手册中侧重于基础概念和历史定义的局限性，而是将焦点放在当前化学研究的前沿、新兴交叉学科的融合，以及化学在解决全球性挑战中的核心作用。 我们深知，化学的疆域正以前所未有的速度扩展，从分子层面到宏观应用，新的理论框架和实验技术层出不穷。《现代化学的广博疆域》正是为捕捉这种动态变化而精心构建。它不仅仅是知识的堆砌，更是一张连接已知与未知的导航图。 --- 第一部分：超越基础——当代化学的理论重塑与计算革命 本部分着重探讨支撑现代化学研究的新一代理论框架和强大的计算工具。我们不再满足于对经典热力学和量子化学的简单复述，而是深入解析那些驱动21世纪化学发现的底层逻辑。 1. 实时反应动力学与超快光谱学 (Real-Time Reaction Dynamics and Ultrafast Spectroscopy): 详细阐述如何利用飞秒（femtosecond）和阿秒（attosecond）激光技术，实现对化学键的形成与断裂过程的实时、原子级观察。内容涵盖过渡态理论（Transition State Theory）在复杂反应路径中的修正、相干控制（Coherent Control）在引导分子转化中的应用，以及如何利用二维光谱（2D Spectroscopy）解析溶液中复杂多体的相互作用。这部分内容强调了时间分辨技术如何将“瞬间”的化学变化转化为可量化的动态数据。 2. 密度泛函理论（DFT）及其高级修正 (Advanced DFT and Post-Hartree-Fock Methods): 深入探讨当前计算化学领域的核心工具DFT的最新发展。重点分析了各种泛函（如$ ext{meta-GGAs}$、混合泛函）的适用范围、局限性及其在高精度预测（如非键合作用、激发态计算）中的改进。此外，还将介绍耦合簇理论（Coupled Cluster）等高精度、高计算成本方法的最新算法优化，以及如何利用机器学习（Machine Learning）加速势能面（Potential Energy Surface, PES）的构建和采样，实现对复杂分子系统的有效模拟。 3. 信息论在化学中的应用 (Information Theory in Chemistry): 超越传统的电子结构描述，本章节引入信息论的概念来量化化学信息。探讨熵（Entropy）在理解反应可控性、预测分子折叠（如蛋白质）中的作用，以及如何利用互信息（Mutual Information）来识别分子振动模式之间的耦合关系。这标志着从纯能量描述向信息熵描述的理论转型。 --- 第二部分：材料世界的革命——功能化与自组装的前沿 本部分聚焦于材料科学与化学的深度交汇点，探讨如何通过精确的化学设计来创造具有特定功能的新物质。 4. 动态共价化学与可逆材料 (Dynamic Covalent Chemistry and Reversible Materials): 详细介绍动态共价键（Dynamic Covalent Bonds）的概念，即那些可以在特定刺激（光、热、溶剂）下可逆断裂和重组的化学键（如亚胺、二硫键、硼酸酯键）。重点分析其在自修复材料（Self-Healing Materials）、形状记忆聚合物以及可回收高分子设计中的应用。讨论如何通过动力学控制实现材料性能的“程序化”。 5. 拓扑材料与低维电子学 (Topological Materials and Low-Dimensional Electronics): 化学在设计具有独特电子行为的拓扑绝缘体（Topological Insulators）和狄拉克/外尔半金属中扮演着关键角色。本章剖析如何利用有机合成和表面化学精确控制晶体生长和缺陷工程，以调控材料的边缘态（Edge States）和表面态，从而实现高效的、自旋相关的电子输运。同时，深入探讨二维材料（如$ ext{MXenes}$、石墨烯衍生物）的功能化表面修饰技术。 6. 分子机器与超分子自组装 (Molecular Machines and Supramolecular Assembly): 超越简单的晶体堆积，本节聚焦于利用非共价相互作用（氢键、$pi$-$pi$堆叠、配位作用）构建具有运动能力和响应性的复杂结构。详细介绍分子开关（Molecular Switches）、分子马达（Molecular Motors）的化学驱动机制，以及这些纳米尺度机器在药物递送、信息存储和催化活化中的潜在应用。 --- 第三部分：面向可持续性的绿色化学前沿 本部分集中于化学在应对气候变化、资源枯竭和环境污染等全球性挑战中扮演的核心角色。 7. $ ext{C-H}$键的直接功能化 (Direct $ ext{C-H}$ Bond Functionalization): 这是有机合成领域革命性的进步。系统梳理如何绕过传统的多步官能团转化，通过选择性的过渡金属催化（如钯、铑、铱催化体系），直接激活惰性但储量丰富的$ ext{C-H}$键，一步到位地构建复杂分子骨架。讨论导向基团（Directing Groups）的设计策略，以及如何实现区域选择性和立体选择性控制。 8. 能源转换与储存的电化学前沿 (Electrochemistry Frontiers in Energy Conversion and Storage): 本书将电化学视为连接化学反应与能量流动的关键媒介。深入探讨下一代电池技术（如固态电解质的界面化学、锂硫电池、钠离子电池中的反应机制），以及电催化在能源生产中的作用。重点分析水分解（析氧反应$ ext{OER}$和析氢反应$ ext{HER}$）中新型非贵金属催化剂的设计原理，以及如何利用电化学方法实现$ ext{CO}_2$的有效还原转化。 9. 生物催化与酶工程的化学视野 (Chemical Perspectives on Biocatalysis and Enzyme Engineering): 本章阐述化学家如何利用合成生物学和蛋白质工程的工具来改造天然酶，以适应非天然底物或极端反应条件。探讨定向进化（Directed Evolution）和理性设计（Rational Design）在提高酶的选择性、稳定性和催化效率方面的最新突破，以及将化学合成与生物催化相结合的“一锅法”流程设计。 --- 结语：化学的未来——跨越边界的融合 本书的最终目标是向读者展示，现代化学不再是一个孤立的学科，而是驱动生物学、物理学、计算机科学和工程学创新的核心驱动力。它强调了从分子设计到宏观应用，化学家如何运用严谨的原理和创新的技术，去构建更智能、更高效、更可持续的未来世界。对这些前沿领域的细致剖析，确保了本书成为一本真正面向未来、具有高度参考价值的化学指南。

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