The Defect Chemistry of Metal Oxides pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oxford Univ Pr on Demand

作者:Smyth, Donald M.

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2000-6

价格:$ 169.44

装帧:HRD

isbn号码:9780195110142

丛书系列:

图书标签:

• 金属氧化物
• 缺陷化学
• 材料科学
• 固体物理
• 化学物理
• 晶体化学
• 氧化物材料
• 缺陷
• 非化学计量化合物
• 材料性质

导论：材料科学的基石与前沿探索 本书深入探讨了纳米结构材料的制备、表征及其在能源、催化和环境科学中的应用。我们将聚焦于一系列前沿且极具应用潜力的材料体系，这些材料的性能在很大程度上依赖于其精确的形貌控制和表面化学调控。 第一部分：先进功能材料的理性设计与合成 本部分旨在建立对如何从原子层面控制材料结构，进而实现特定宏观功能的深刻理解。 第一章：基于有机模板的孔隙结构控制 本章详细介绍了使用软模板和硬模板技术精确调控无机骨架材料孔隙结构的策略。 1.1 介孔二氧化硅（MCM系列与SBA系列）的湿化学合成与结构演变： 阐述了表面活性剂（如CTAB）在形成液晶中间相中的作用，以及不同pH值和水/硅比对孔径分布的敏感性影响。重点讨论了如何通过共聚缩合和硬化过程，实现从有序介孔到无定形多孔结构的转变控制。 1.2 聚合物自组装模板在碳纳米材料构建中的应用： 探讨了使用嵌段共聚物（如P123、Pluronic F127）作为模板，通过溶胶-凝胶法或化学气相沉积（CVD）后处理，生成具有高度有序通道的碳结构。分析了聚合物链段的相分离行为与最终碳骨架拓扑结构之间的构效关系。 1.3 模板去除策略与残余物分析： 详细比较了热解、酸洗和溶剂萃取等去除模板的方法对最终材料表面能和缺陷态密度的影响。特别关注了在去除过程中，如何最小化对目标骨架的损伤，并使用X射线光电子能谱（XPS）和氮气吸附-脱附等温线（BET）对孔隙结构进行高精度表征。 第二章：二维纳米片的精确剥离与功能化 本章侧重于层状材料的制备，特别是如何实现单层或少层结构，并对其边缘和表面进行化学修饰以增强其固有性能。 2.1 机械剥离与液相超声辅助剥离（LPE）： 详细描述了机械剥离（如胶带法）的原理及其在发现新型二维材料中的历史作用。随后，重点介绍了LPE作为大规模制备方法的优化参数，包括溶剂选择（如NMP、DMF）、超声功率密度和分散剂（如聚乙烯吡咯烷酮，PVP）的使用，以提高产率和层数均匀性。 2.2 氧化物前驱体的插层与剥离： 以过渡金属二硫化物（TMDs）和某些层状双氢氧化物（LDHs）为例，阐述了通过插层小分子（如锂离子或有机胺）来削弱层间范德华力，随后进行高效剥离的化学过程。分析了插层物种的电荷转移对目标二维材料导电性的影响。 2.3 表面官能团的调控与边缘效应： 探讨了通过精确控制剥离过程，调控纳米片边缘的化学状态（如羟基化、胺基化）。通过拉曼光谱和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对边缘原子排列和缺陷的成像技术进行深入分析。 第二部分：电化学储能器件的界面与性能优化 本部分将前述材料的制备技术应用于下一代能源存储设备，重点解决界面阻抗和循环稳定性问题。 第三章：高性能锂离子电池正极材料的微观结构调控 本章关注如何通过控制颗粒形貌和晶体取向，提升高镍三元（NCM）和富锂锰基（LMR）正极材料的性能。 3.1 尺寸效应与锂离子扩散动力学： 论述了将正极材料颗粒尺寸从微米级缩小到纳米级如何缩短锂离子扩散路径，并探讨了尺寸效应下晶格应变的演变。使用准稳态电流（HQSS）法测量不同尺寸颗粒的表面控制和体扩散控制的动力学特征。 3.2 单晶正极材料的优势与合成挑战： 深入分析了单晶颗粒如何有效抑制高电压下材料的表面副反应和结构降解。重点介绍了高温固相合成（SSH）和溶剂热法（Solvothermal）中，通过精确控制退火气氛和速率来抑制二次颗粒形成的技术。 3.3 导电网络构建与涂层技术： 探讨了碳包覆（如通过一步碳化聚合物前驱体）在提高电子导电性方面的作用。详细比较了原子层沉积（ALD）技术在沉积超薄、均匀的惰性氧化物层（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3$或$ ext{ZrO}_2$）对稳定高电压界面、抑制锂枝晶生长的效果。 第四章：固态电解质与电极界面的互作用研究 本章聚焦于全固态电池（ASSBs）中的核心挑战——固-固界面接触和离子传输。 4.1 硫化物基固态电解质的制备与晶粒边界效应： 介绍了通过高能球磨法或快速烧结法制备高导电性的$ ext{Li}_{10} ext{GeP}_2 ext{S}_{12}$（LGPS）或$ ext{Li}_7 ext{P}_3 ext{S}_{11}$电解质。着重分析了晶粒边界处硫化物电解质的相稳定性及对界面电荷转移电阻的贡献。 4.2 界面兼容性与缓冲层设计： 讨论了锂金属负极与氧化物/硫化物电解质之间形成的电化学不稳定性区（SEI/CEI）。研究了使用聚合物或无机复合涂层（如$ ext{Li}_3 ext{PS}_4$薄层）作为缓冲层，以钝化界面，促进紧密接触，并抑制锂枝晶的穿透。 4.3 界面阻抗谱的解析与表征： 运用电化学阻抗谱（EIS）区分电解质内部阻抗、电极/电解质界面接触阻抗和电荷转移阻抗。通过拟合等效电路模型，量化不同界面修饰策略对总界面阻抗的改善效果。 第三部分：异质结催化剂的构建与光电催化应用 本部分着眼于通过精妙的界面工程，设计出高效的异质结结构，以促进光生载流子的分离和表面反应活性的提升。 第五章：半导体异质结的设计与载流子分离机制 本章探讨了如何通过晶格匹配和能带工程，构建具有内建电场的复合材料，以增强光催化剂的效率。 5.1 I型、II型和Z型异质结的构建策略： 详细阐述了不同能带排列的半导体组合（例如$ ext{TiO}_2/ ext{CdS}$、$ ext{g-C}_3 ext{N}_4/ ext{BiVO}_4$）的构建方法。重点分析了Z型结构中电子和空穴在不同半导体组分之间的“跳跃”机制如何克服传统的II型异质结中载流子复合的限制。 5.2 界面耦合的电子结构分析： 利用X射线吸收近边结构（XANES）和功函数测量，分析异质结界面处电荷转移的程度和方向。讨论了界面缺陷态在俘获光生载流子方面的双重作用——既是复合中心，也可能作为催化活性位点。 5.3 等离激元增强的光催化： 介绍了通过在半导体骨架上负载表面等离激元共振（SPR）金属纳米粒子（如Au、Ag）来捕获和增强光吸收的方法。分析了金属粒子通过近场效应和热效应如何加速光催化反应速率，并抑制载流子复合。 第六章：面向环境修复的污染物降解与二氧化碳还原 本章将光催化和电催化技术相结合，应用于能源转化和环境治理的实际问题。 6.1 活性氧物种的调控在有机污染物去除中的作用： 区分了在光催化降解染料和抗生素过程中，超氧自由基（$cdot ext{O}_2^{-}$）、羟基自由基（$cdot ext{OH}$）和空穴（$ ext{h}^{+}$）的贡献比例。通过表面修饰（如掺杂氮或碳），精确调控材料的氧化还原电位，以选择性生成所需活性物种。 6.2 $ ext{CO}_2$电还原的电催化剂界面研究： 聚焦于铜基材料在将$ ext{CO}_2$转化为高价值燃料（如$ ext{CO}$、甲醇）中的应用。深入分析了纳米铜颗粒的晶面（如$ ext{Cu}(111)$与$ ext{Cu}(100)$）对面反应中间体（如$ ext{CO}_{ ext{ad}}$）的吸附强度和C-C偶联反应的选择性影响。 6.3 反应原位表征技术： 介绍了同步辐射光源辅助的原位拉曼光谱和原位傅里叶变换红外光谱（FTIR）在监测电催化反应过程中催化剂表面吸附物和中间体的技术，为理解催化循环机理提供了直接证据。

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