Bio-Inspired Catalysts pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Ward, Thomas R. (EDT)/ Dijk, E. W. (CON)/ Feringa, B. L. (CON)/ Roelfes, G. (CON)/ Jing, Q. (CON)

出品人:

页数:115

译者:

出版时间:

价格:$ 179.67

装帧:

isbn号码:9783540877561

丛书系列:

图书标签:

催化
生物启发
材料科学
化学
纳米材料
绿色化学
酶催化
仿生学
催化剂
环境催化

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具体描述

With the aim of complementing well-established catalytic strategies for enantioselective catalysis, the field of artificial metalloenzymes has attracted increasing interest in the past decade. Artificial metalloenzymes result from the incorporation of a catalytically active organometallic moiety within a macromolecular host. Localization of the competent metal is ensured either by covalent, dative or supramolecular anchoring in either DNA or a protein scaffold. The properties of the resulting hybrid catalysts combine attractive features of both homogeneous and enzymatic catalysis. In particular, the optimization of such systems can be achieved both by chemical and genetic means. The book, consisting of five chapters written by leading experts, critically summarizes the state of the art in enantioselective epoxidation, sulfoxidation, fluorination, hydrogenation, allylic alkylation, Diels-Alder cycloadditions as well as Michael additions catalyzed by artificial metalloenzymes. This timely review unambiguously demonstrates the compatibility and complementarity of organometallic and enzymatic catalysis.

催化科学的前沿探索：从理论到实践的跨越本书深入探讨了催化现象的本质，聚焦于现代催化剂设计与性能优化的前沿技术和核心理论。全书结构严谨，内容翔实，旨在为化学、材料科学及相关工程领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个全面而深入的参考框架。第一部分：催化基础与理论模型本部分奠定了理解现代催化科学的理论基石。我们首先回顾了自20世纪以来催化理论的发展脉络，重点阐述了表面吸附理论、过渡态理论在描述催化循环中的作用。随后，深入剖析了量子化学计算在催化剂活性位点识别和反应机理预测中的应用。讨论了密度泛函理论（DFT）如何精确模拟电子结构，进而解释选择性、稳定性和反应活性的内在联系。特别地，我们详细分析了“局域电子态”与“整体材料性质”之间的耦合关系。通过对不同尺度效应的探讨，我们揭示了纳米结构、晶面暴露以及缺陷工程如何精细调控催化剂的性能。本部分还涵盖了先进的谱学技术，如X射线吸收精细结构（XAFS）、原位傅里叶变换红外光谱（In-situ FTIR）和拉曼光谱，用以实时监测催化反应过程中的动态变化和中间物种的形成与转化，为建立更精确的动力学模型提供了实验支撑。第二部分：多相催化剂的结构与合成本部分着重于如何从宏观到微观层面构筑高性能的多相催化剂。我们首先分类介绍了主流的多相催化剂载体材料，包括高比表面积氧化物（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3$, $ ext{SiO}_2$, $ ext{TiO}_2$）、分子筛（如ZSM-5, $ ext{MCM}-41$）以及碳基材料（如石墨烯、碳纳米管）。对每种载体的孔结构、表面化学特性及其对活性组分分散度的影响进行了详细论述。合成方法部分是本卷的重点。我们不仅描述了传统的沉淀法、浸渍法，更侧重于现代精确调控合成技术。例如，原子层沉积（ALD）技术如何实现单原子催化剂（SACs）的精准锚定和负载量控制；溶剂热/水热合成法如何控制晶体生长动力学，从而获得特定形貌和晶相的纳米粒子。对于金属纳米催化剂的合成，我们深入探讨了尺寸效应、形貌控制（如立方体、八面体、花状结构）如何影响表面活性位点的几何和电子环境，并展示了如何利用表面配体工程稳定特定晶面的催化活性。第三部分：反应工程与过程优化催化剂的性能最终需要在实际反应器中得到体现。本部分将目光投向了催化反应工程学。我们详细分析了不同类型反应器（固定床、流化床、浆态床）的设计原理、流体力学特性及其与催化剂失活机制的相互作用。反应动力学建模被提升到重要位置。我们介绍了如何运用朗缪尔-希尔休姆（LHHW）模型、Eley-Rideal机制等来描述复杂的非线性反应速率，并讨论了如何利用反应工程手段来区分表面反应控制和传质限制的区域。催化剂的稳定性和失活是工业应用的关键瓶颈。本部分系统梳理了主要的失活途径，包括烧结、积炭、中毒（例如硫中毒、金属浸润）以及相变。针对这些问题，我们提出了先进的再生技术，如程序升温氧化（TPO）再生、电化学再生，并探讨了设计具有内在抗失活能力的催化剂材料的新策略，例如通过引入电子供体/受体或构建核壳结构来提高热稳定性和抗积炭能力。第四部分：能源转换与环境催化前沿最后一部分将理论和合成知识应用于当今最紧迫的能源和环境挑战。在能源领域，我们重点关注了电催化和光催化。深入分析了析氢反应（HER）、析氧反应（OER）在碱性和酸性介质中的界面电荷转移机制，以及如何通过设计高性能的非贵金属催化剂来降低电解水制氢的过电位。在燃料电池领域，我们探讨了贵金属催化剂的表面结构演变和碳载体腐蚀问题。光催化部分，则聚焦于半导体材料的带隙工程，如何通过构建异质结或掺杂策略来提高可见光吸收效率和载流子分离效率，以实现高效的光催化水分解和$ ext{CO}_2$还原。在环境催化方面，我们详尽讨论了挥发性有机化合物（VOCs）的低温氧化技术，特别是贵金属纳米催化剂和氧化物催化剂在催化燃烧中的性能对比。同时，对选择性催化还原（SCR）脱硝技术中的$ ext{V}_2 ext{O}_5/ ext{WO}_3/ ext{TiO}_2$体系的酸性位点调控、低温活性提升以及抗水中毒策略进行了深入剖析，展示了如何通过精确的材料设计来满足日益严格的排放标准。全书力求在深度和广度上达到平衡，通过结合最新的实验数据、计算模拟结果以及工业案例分析，为读者提供一个扎实且富有洞察力的催化科学研究指南。