Combinatorial and High-Throughput Discovery and Optimization of Catalysts and Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Potyrailo, Radislav A. (EDT)/ Maier, Wilhelm F. (EDT)

出品人:

页数:473

译者:

出版时间:2006-7

价格:$ 282.44

装帧:HRD

isbn号码:9780849336690

丛书系列:

图书标签:

• Catalysis
• Materials Science
• Combinatorial Chemistry
• High-Throughput Screening
• Materials Discovery
• Optimization
• Computational Chemistry
• Materials Informatics
• Nanomaterials
• Chemical Engineering

好的，这是一本名为《Combinatorial and High-Throughput Discovery and Optimization of Catalysts and Materials》的图书的详细简介，该简介描述了与这本书主题相关但不包含原书内容的领域： --- 图书简介：传统材料科学中的理论建模与计算模拟 聚焦于分子动力学、密度泛函理论及宏观热力学分析 本书旨在深入探讨传统材料科学领域中，在没有依赖高通量筛选和组合化学方法的前提下，如何通过基础理论建模和计算模拟来理解、预测和优化催化剂及材料的性能。我们把目光聚焦于那些需要深入物理化学原理和精密数学框架来解析材料行为的经典研究范式。 本书将系统地介绍驱动材料发现和性能预测的经典计算化学方法，强调从原子尺度到宏观尺度的理论推导和实际应用。 第一部分：从量子力学到电子结构预测 本部分将详细阐述描述材料电子性质的基石——量子力学。我们将从薛定谔方程的建立出发，深入探讨其在处理多电子体系时的挑战，并系统介绍求解这些方程的解析和近似方法。 第一章：基础量子化学与近似方法 本章将复习量子力学在化学中的核心地位，重点介绍Hartree-Fock（HF）方法。我们将详细解析如何构建和求解Fock方程，讨论基组的选择（如Slater型轨道与Gaussian型轨道）及其对计算精度的影响。随后，我们将讨论HF方法的固有局限性，特别是对电子关联的缺失。 第二章：密度泛函理论（DFT）的深入解析 密度泛函理论（DFT）作为现代材料计算的核心工具，在本章中占据核心地位。我们将全面梳理 Kohn-Sham（KS）方程的推导过程。本书的重点在于对交换关联泛函（Exchange-Correlation Functionals）的细致分类与比较。我们将深入剖析局域密度近似（LDA）、广义梯度近似（GGA，如PBE、BLYP）以及混合泛函（如meta-GGA）的理论基础和适用范围。特别关注如何利用这些泛函精确预测晶格常数、形成能和电子能带结构。 第三章：超越DFT：后HF方法与长程相互作用的校正 为了处理复杂体系中精确的电子关联效应，本章介绍后HF方法。我们将详细讲解组态相互作用（CI）的理论框架，从单、双激发到全激发CI的计算成本与精度平衡。此外，我们将探讨耦合簇（Coupled Cluster, CC）方法，特别是CCSD(T)作为“量子化学黄金标准”的地位及其在小分子体系中的应用。针对固体材料，本章还将讨论如何通过后DFT校正（如DFT+U、Hubbard模型）来改善对d/f电子体系中强相关电子行为的描述。 第二部分：原子尺度模拟与动力学：分子动力学（MD）的精妙运用 第二部分将重心从电子结构转移到原子尺度的时空演化，重点介绍如何利用经典力学描述材料体系的动态过程。 第四章：分子动力学模拟的基础与算法 本章系统阐述牛顿运动方程在材料模拟中的应用。我们将详细介绍如何构建和优化分子力场（Force Fields），包括对范德华力、静电相互作用和键合项的精确表征。我们将详述数值积分算法，如Verlet算法及其改进（如速度Verlet），并讨论时间步长的选择原则与热力学平衡的判定标准。 第五章：热力学与统计力学的整合 分子动力学（MD）模拟的价值在于连接微观运动与宏观可测量性质。本章将重点讨论统计力学在MD中的桥梁作用。我们将详细推导温度、压力和能量的瞬时计算公式，并介绍如何使用系综理论（如NVE、NVT、NPT系综）来控制模拟环境。特别地，本章将探讨自由能的计算方法，如热力学积分（Thermodynamic Integration）和自由能微扰（Free Energy Perturbation）理论，这些是理解相变和反应势垒的关键。 第六章：反应路径与催化活性位点的经典解析 在不涉及量子隧穿效应的经典框架下，本章聚焦于如何使用MD模拟来解析催化剂表面的反应机制。我们将详细介绍反应路径采样技术，如爬山搜索（Climbing Image Nudged Elastic Band, CI-NEB）方法，以及如何确定反应的过渡态（Transition State）结构。此外，还将讨论如何利用径向分布函数（RDFs）和时间自相关函数（Correlation Functions）来定量描述催化剂表面物种的扩散、吸附和脱附过程。 第三部分：宏观热力学、相图与材料稳定性预测 本部分将视角提升至宏观层面，探讨如何运用热力学原理来指导材料的选择和加工过程。 第七章：热力学稳定性与相图构建 本章回归经典热力学。我们将详细分析吉布斯自由能（G）、亥姆霍兹自由能（A）在材料稳定性和相平衡中的决定性作用。重点讨论如何利用Calphad（CALculation of Phase Diagrams）方法的原理，结合实验数据和热力学模型，构建复杂多组分合金或氧化物体系的相图。我们将分析不同温度和压力下，材料微观结构如何向最低自由能状态演化。 第八章：界面与表面热力学 材料的性能往往取决于界面行为。本章将阐述表面张力与表面能的理论定义，并探讨曲率对溶解度和生长模式的影响。我们将讨论Young’s 方程在润湿性预测中的应用，以及如何利用热力学模型来理解和预测不同晶面（Facet）的相对稳定性，这对单晶材料的形貌控制至关重要。 总结与展望：经典方法论的坚实基础 本书的最终目标是为读者提供一个坚实、细致且不依赖于大规模实验筛选的理论基础。通过深入理解量子力学、分子动力学和宏观热力学的核心原理，读者将能够从第一性原理出发，对新型催化剂和功能材料的潜在性能进行深入的、机理驱动的预测和优化，从而为实验合成提供清晰的理论指导路径。 ---

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