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页数:351

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出版时间:2009-4

价格:25.00元

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isbn号码:9787544610872

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深入探索化学世界：一本关于现代化学前沿的权威指南 书名：现代化学前沿技术与应用：从基础理论到工业实践的深度解析 简介： 本书旨在为化学、材料科学、生物技术以及相关工程领域的专业人士、研究人员和高年级学生提供一个全面而深入的视角，聚焦于当代化学科学中最具活力和变革性的领域。我们深知，化学的力量在于其解决复杂问题的能力，因此，本书的结构设计旨在架起从基础化学原理到尖端工业应用的桥梁，强调跨学科融合的趋势。 第一部分：基础理论的重塑与深化 本部分着眼于现代化学理论的基石及其最新发展。 第一章：量子化学计算的最新进展与实践 本章详细阐述了密度泛函理论（DFT）在处理复杂分子系统，尤其是过渡金属配合物和有机半导体中的最新发展。我们不仅讨论了理论模型的改进，如更精确的泛函选择（例如，对长程相关作用的修正），还提供了利用开源软件包（如 Gaussian, ORCA）进行实际计算的详尽步骤与案例分析。特别关注如何运用计算化学来预测反应活性位点、能垒以及光谱性质，以指导实验设计，减少盲目摸索的时间。 第二章：非平衡态热力学与动力学 传统的热力学主要处理平衡态，而现代化学现象，如快速反应、催化循环中的瞬态物质以及生物过程，大多发生在非平衡态。本章深入探讨了统计力学在描述快速弛豫过程中的应用，引入了朗之万方程和布朗运动理论，并讨论了时间分辨光谱学（如飞秒激光技术）如何为我们提供了在纳秒到皮秒尺度上观察分子运动的窗口。重点解析了能量传递机制在光化学和光物理学中的关键作用。 第二部分：催化科学的绿色革命 催化是现代化学工业的命脉。本部分集中探讨了如何实现更高效、更具选择性和环境友好的催化体系。 第三章：单原子催化（SACs）的机遇与挑战 单原子催化剂代表了原子经济性的极致，但其稳定性与活性中心的精确表征仍是挑战。本章详细分类讨论了负载型、单原子合金（SAA）以及碳载单原子催化剂的制备方法，包括原子层沉积（ALD）和热解法。通过先进的谱学技术，如X射线吸收精细结构（XAFS）和球差校正透射电子显微镜（STEM），分析活性位点的电子结构和几何构型，并结合电化学测试，阐明其在析氢反应（HER）和二氧化碳还原反应（CO2RR）中的机理。 第四章：酶催化与生物仿生催化 生物催化剂在温和条件下实现高选择性转化方面具有无可比拟的优势。本章系统回顾了定向进化和理性设计在改造天然酶（如细胞色素P450、脂肪酶）方面的策略。同时，深入探讨了人工模拟天然酶活性中心的金属有机框架（MOFs）和人工酶的设计原则，特别是如何通过模仿辅因子环境（如铁硫簇）来催化高难度氧化还原反应。 第三部分：功能材料的精准构筑 本部分关注如何从分子层面精确控制材料的结构，以赋予其特定的宏观功能。 第五章：共价有机框架（COFs）与多孔聚合物的合成控制 COFs因其高度有序的晶体结构和永久孔隙率，在气体吸附分离、储能和异相催化中展现巨大潜力。本章详细介绍了构建COF的通用合成策略，包括缩合反应、点击化学等，并着重讨论了溶剂热法、机械化学法等合成过程中的热力学和动力学控制，以实现孔径大小、拓扑结构以及官能团密度的精确调控。此外，探讨了后合成修饰技术（PSM）在功能化COFs中的应用。 第六章：高熵合金与复杂金属氧化物的结构-性能关系 高熵合金（HEAs）通过在晶体中引入五种或更多等原子比的金属元素，打破了传统合金设计的范式。本章分析了其独特的热力学稳定性、高熵效应以及由此带来的优异的耐腐蚀性和机械性能。在金属氧化物方面，重点讨论了复杂尖晶石和钙钛矿结构中阳离子无序化对电子输运和铁电特性的影响，尤其是在高温固态电解质和多铁性材料中的应用潜力。 第四部分：分析与表征的前沿技术 精确的表征是验证新化学理论和材料性能的基础。 第七章：原位/非原位谱学在反应监测中的应用 传统分析方法往往只能提供反应终点的快照。本章聚焦于如何利用同步辐射光源支持的原位傅里叶变换红外光谱（in-situ FTIR）、拉曼光谱以及核磁共振（NMR）技术，实时追踪催化剂表面的中间体、监测电化学反应的固/液界面过程。探讨了如何处理高通量光谱数据，并结合密度泛函理论计算结果，建立动力学模型。 第八章：质谱在复杂体系分离与结构解析中的突破 高分辨质谱（HRMS）已成为有机合成和代谢组学的核心工具。本章详细介绍了新型电离技术（如MALDI-TOF、ESI-MS）在分析高分子量聚合物和生物大分子中的应用。重点讨论了离子淌度色谱-质谱联用（IM-MS）如何通过增加分离维度，有效解析结构异构体和瞬态产物，尤其是在复杂天然产物分离和蛋白质结构解析中的前沿应用。 总结： 本书汇集了当前化学领域最前沿的研究成果，旨在激发读者对基础科学的敬畏之心，并指导其实际应用。它不是一本简单的概念汇编，而是一部指导读者如何运用先进工具和理论来解决21世纪化学难题的实战手册。

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