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出版者:科学出版社

作者:王乃兴

出品人:

页数:249

译者:

出版时间:2008-5

价格:55.00元

装帧:精装

isbn号码:9787030213402

丛书系列:研究生创新教育系列丛书

图书标签:

• 有机化学
• 化学
• 生物光化学
• 有机光化学
• 光化学反应
• 光合成
• 光敏化
• 生物物理化学
• 有机化学
• 光谱学
• 光催化
• 生物能源

现代催化化学前沿：从基础理论到工业应用 作者： [此处可填写真实作者姓名，如：李明，张伟] 出版社： [此处可填写真实出版社名称，如：科学出版社] 出版年份： [请根据实际情况填写，如：2023] ISBN： [此处可填写标准ISBN号] --- 图书简介 《现代催化化学前沿：从基础理论到工业应用》是一部全面而深入探讨当代催化科学与工程领域最新进展的权威著作。本书旨在为化学、材料科学、化工工程等相关专业的本科高年级学生、研究生、科研人员以及工业界工程师提供一个系统、前沿的学习和参考平台。 催化剂是现代化学工业的基石，几乎所有重要的化学过程，无论是能源转化、环境保护、精细化学品合成还是新材料制备，都离不开高效催化剂的设计与应用。本书摒弃了传统教材中对经典催化理论的简单罗列，而是聚焦于二十一世纪以来，催化科学在理论指导、材料创新和实际工程化方面取得的突破性进展。 全书内容结构严谨，逻辑清晰，由浅入深地构建了从微观机理解析到宏观反应工程的完整知识体系。全书共分为六个主要部分，囊括了当前催化研究的十大热点领域。 --- 第一部分：催化科学的理论基石与计算范式革新 本部分深入探讨了理解催化现象所需的前沿理论工具，特别是计算化学在催化研究中的核心作用。 1.1 表面科学与吸附/解吸动力学： 详细阐述了不同晶面、缺陷位点对反应活性的影响。重点介绍了in situ 和 operando 技术如何实时监测催化剂表面的动态结构变化，超越了静态表征的局限性。我们探讨了如何利用密度泛函理论（DFT）精确预测活性位点的电子结构和反应能垒，特别是在复杂多相体系中的应用瓶颈与突破。 1.2 反应机理的精细解析： 重点介绍了基于过渡态理论（TST）的动力学模拟，以及如何结合机器学习（ML）模型加速筛选具有特定催化性能的分子或材料结构。探讨了电化学催化中电势依赖的自由能图的构建方法，这是理解电催化（如析氢、析氧反应）选择性与效率的关键。 1.3 单原子催化剂（SACs）的理论描绘： SACs 是当前纳米催化研究的热点。本章详细分析了锚定位点（如N/C、O/C结构）与中心金属原子之间的相互作用，如何通过配位环境的微调，实现对电子性质的精细控制，从而实现超越传统纳米颗粒的本征活性。 --- 第二部分：能源转化中的高效催化剂设计 本部分聚焦于当前全球能源结构转型中亟需解决的重大挑战，即高效、低成本的能量转换和储存技术。 2.1 碳捕集与转化（CCU）催化： 深入分析了二氧化碳活化和选择性还原（如转化为甲醇、甲烷或合成气）的催化剂体系。着重介绍了如何设计具有高CO2选择性和低过电位的非贵金属催化剂，特别是基于过渡金属氧化物和硫化物的策略。 2.2 燃料电池与电催化： 详细对比了氧还原反应（ORR）、析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的催化剂进展。重点讨论了非贵金属基（NPMCs）催化剂在碱性/酸性介质中的稳定性与活性优化，以及新型电解水制氢技术（如碱性非均相催化）的工程挑战。 2.3 甲烷活化与C-H键功能化： 阐述了甲烷直接转化为高价值化学品（如甲醇或乙烯）的非氧化偶联（OCM）过程的最新进展。分析了氧化物、沸石分子筛中酸性位点对C-H键选择性活化的调控机制。 --- 第三部分：环境催化与可持续化学工程 本部分关注催化技术在污染治理和绿色合成中的应用。 3.1 挥发性有机物（VOCs）的催化氧化： 探讨了低温催化氧化技术。重点分析了贵金属纳米颗粒在载体材料（如介孔氧化物）上的分散度与抗中毒机制，以及负载型催化剂在复杂废气环境下的长期稳定性。 3.2 氮氧化物（NOx）与硫氧化物（SOx）的协同去除： 详细介绍了选择性催化还原（SCR）催化剂（如V2O5-WO3/TiO2）的失效机制，以及新型非金属催化剂在氨气资源受限条件下的替代方案。 3.3 绿色氧化反应中的替代氧化剂： 研究了使用H2O2或O2作为最终氧化剂的催化体系。特别是多金属氧酸盐（POMs）和仿生催化剂在温和条件下实现高选择性氧化的应用。 --- 第四部分：先进催化材料的构筑策略 材料是催化剂的载体与骨架，本部分聚焦于如何通过精确的材料合成方法，实现催化性能的提升。 4.1 MOFs与COFs在催化中的应用： 深入探讨了金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）作为新型多孔催化剂的优势。重点介绍了如何利用后合成修饰（PSM）策略，将活性物种（如金属簇、单原子）精准锚定于框架结构中，并讨论了其在尺寸限制效应下的催化优势。 4.2 活性界面的工程调控： 探讨了如何通过构建复合催化剂（如核壳结构、双金属协同效应）来优化活性、选择性和稳定性。详细分析了界面协同作用的来源，如电子转移、应变效应和协同吸附。 4.3 载体材料的电子效应调控： 分析了载体材料（如氧化铝、碳材料）对负载金属催化剂电子结构的影响。介绍了通过掺杂、形貌控制等手段，调控载体与活性组分之间的相互作用强度，以实现催化性能的最优化。 --- 第五部分：生物启发与仿生催化 本部分探索自然界酶催化机制对人工催化剂设计的启发。 5.1 模拟酶活性中心的理性设计： 详细解析了天然酶（如甲烷单加氧酶、固氮酶）活性中心的结构与功能。重点介绍了如何模仿酶的金属中心配位环境和底物通道，设计出具有高周转频率（TOF）和卓越选择性的人工催化剂。 5.2 手性催化与不对称合成： 深入探讨了用于手性药物和精细化学品合成的非均相和均相不对称催化剂。本书特别关注了负载型手性催化剂的稳定性和可回收性问题，以及如何通过固定化策略克服均相催化剂的回收难题。 --- 第六部分：从实验室到工业放大的反应工程挑战 本部分侧重于催化剂的工程化应用，弥合了基础研究与工业实践之间的鸿沟。 6.1 催化剂的失活与再生机制： 全面分析了热积碳、烧结、毒化等常见失活机理。并详细介绍了高效催化剂的再生技术，包括程序升温再生、超临界流体处理等。 6.2 反应器设计与传质传热： 讨论了不同反应器类型（如固定床、流化床、微反应器）对催化过程的影响。强调了在放大过程中，如何通过优化流场和温度控制，有效克服传质和传热限制，确保催化剂的本征活性能够充分体现。 6.3 催化剂的规模化制备与质量控制： 探讨了如何将实验室中精细的合成方法转化为成本可控、质量稳定的工业生产工艺，包括喷雾干燥、模板法、连续流反应器合成等技术的应用。 --- 总结 《现代催化化学前沿：从基础理论到工业应用》不仅是对现有催化知识的系统梳理，更是对未来研究方向的深刻洞察。通过结合最新的计算模拟成果、前沿的材料科学突破以及严谨的反应工程分析，本书为读者提供了一把解锁高效、可持续化学转化的钥匙。本书的深度与广度，使其成为催化领域研究者和工程师不可或缺的工具书。

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这本书的理论深度令人赞叹，它显然是汇集了作者多年研究的精髓。其中关于激发态动力学和能量转移机制的论述部分，我反复阅读了好几遍才勉强理清头绪。作者对于量子效率的计算方法以及各种光谱技术在解析分子结构中的应用描述得极为详尽，涉及到大量的数学推导和复杂的积分方程。虽然这部分内容对非专业人士来说可能有些吃力，但对于从事相关领域研究的人员而言，这些细节是至关重要的“硬核”干货。我特别喜欢作者在处理高深理论时所保持的克制和精确性，没有丝毫夸大或模糊不清的地方。每一个公式的推导都遵循着严密的逻辑链条，每一步中间的假设和前提条件都被清晰地标注出来，这体现了一种极高的学术操守。读完这些章节，我感觉自己的专业知识体系得到了极大的夯实和提升，特别是在理解那些微观尺度的相互作用时，有了更坚实的理论支撑。

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我花了整整一个周末的时间沉浸在这本书里，它给我的冲击感非常强烈，完全超出了我对传统教材的预期。作者在论述过程中，很少采用那种生硬的、教条式的语言，而是更像一位经验丰富的导师在循循善诱，娓娓道来。他擅长用精妙的比喻来解释那些晦涩难懂的物理化学过程，比如将电子的跃迁比作是“能量阶梯上的瞬间跳跃”，这种形象化的描述极大地降低了理解门槛。更让我印象深刻的是，书中对不同理论模型的比较和批判性分析。作者不是简单地罗列现有的理论，而是深入剖析了每种模型的局限性和适用范围，这促使我不断地停下来思考，甚至引发了我对某些基础概念的重新审视。书中的案例研究部分尤其精彩，它们不仅仅是枯燥的数据展示，而是融入了真实的实验背景和研究人员的思考过程，读起来充满了代入感和探索的乐趣。感觉作者在编写过程中，不仅传授了知识，更重要的是，传授了一种严谨的、批判性的科研思维方式，这是任何单纯的知识点堆砌都无法比拟的宝贵财富。

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这本书的文献引用和参考资料部分做得极为规范和详尽，看得出作者在编撰过程中查阅了海量的近现代和经典文献。我注意到，作者在引用时非常注重时效性，很多都是近两三年内顶尖期刊上发表的突破性成果，这保证了书中知识的新鲜度和权威性。每当引入一个新概念或新模型时，作者都会清晰地标注出其来源和发展脉络，这对于希望深入挖掘特定主题的读者来说，提供了绝佳的导向。更贴心的是，在一些关键性的历史性争论中，作者没有回避矛盾，而是客观地呈现了各方观点，并最终给出了自己基于现有证据的审慎判断，这种学术的坦诚度非常值得称道。翻阅最后的附录，里面包含了常用试剂的性质列表和安全操作指南，这简直是为实际操作者量身定做的贴心服务，让人感受到作者的良苦用心——他不仅想让你学会理论，更希望你能够安全、高效地进行实践。

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与许多学术著作不同，这本书在探讨技术应用时表现出了惊人的前瞻性和广阔的视野。它不仅仅局限于实验室里的验证，而是将目光投向了现实世界中亟待解决的问题，比如新型能源转换、环境修复乃至生物医学成像等多个领域。书中详细描绘了如何将基础的光化学原理转化为可操作的器件设计和工艺流程，这里的描述充满了工程学的智慧。例如，在讨论光催化剂的设计时，作者不仅分析了光吸收特性，还深入探讨了材料的形貌控制、比表面积优化以及负载稳定性等实际工程难题。我特别关注了其中关于“界面效应”的部分，作者用大量图示和数据清晰地展示了不同接触界面对宏观性能的决定性影响，这提醒我作为研究者不能只盯着分子本身，更要关注其所处的环境。这种由“微观机理”到“宏观应用”的无缝对接，使得整本书读起来充满活力和实用价值。

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这本书的排版和装帧真是令人眼前一亮，那种带着点复古气息的米黄色纸张，触感温润而厚实，拿在手里沉甸甸的，立刻给人一种“这是一本值得认真对待的学术著作”的感觉。封面设计极简却又不失深邃，深蓝色的背景上印着几条抽象的、仿佛是光线轨迹的几何线条，让人联想到某种精密的光学实验。我刚拿到手的时候，光是翻阅目录就花了不少时间，里面的章节划分逻辑清晰，从基础理论到前沿应用，层层递进，结构安排得非常合理。尤其是一些专业术语的注释，做得非常详尽，即便是初涉此领域的读者，也能很快跟上作者的思路。我特别欣赏作者在引言部分对研究背景的梳理，那种对整个领域历史脉络的精准把握和未来展望的审慎态度，让人对后续内容的深度充满了期待。这本书的印刷质量也无可挑剔，字迹清晰锐利，图表线条干净利落，即便是复杂的化学结构式也能一目了然，这对于需要反复研读和对照的读者来说，无疑是巨大的福音。总而言之，从物理形态到内容结构布局，这本书都展现出了一种对知识的尊重和对读者的体贴。

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