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出版者:

作者:郭子成

出品人:

页数:144

译者:

出版时间:2005-1-1

价格:14.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787564003791

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 化学实验
• 大学教材
• 实验教学
• 理学
• 高等教育
• 化学
• 实验
• 教学参考书
• 分析化学

现代催化剂的构筑与性能调控 内容概要： 本书聚焦于当代催化科学领域的前沿进展，深入剖析了新型多相催化剂的设计理念、精密合成技术以及其在能源转化与环境治理中的应用潜力。全书系统性地阐述了从原子尺度理解催化反应机理的重要性，并详尽介绍了当前用于表征和设计高性能催化剂的先进表征手段。 第一章：催化科学的基石与挑战 本章首先回顾了经典多相催化理论的发展历程，从朗缪尔吸附理论到Eley-Rideal机制，为理解催化现象奠定了理论基础。随后，重点讨论了当前催化领域面临的核心挑战，包括活性位点的精确识别、催化剂的本征失活机制（如烧结、积碳和中毒），以及如何设计出兼具高活性、高选择性和长寿命的催化体系。章节最后展望了在可持续化学背景下，催化剂设计的新范式，强调了能源效率和原子经济性的重要性。 第二章：单原子催化剂（SACs）：极致的原子利用率 单原子催化剂代表了异相催化剂设计的终极目标——将金属利用率提升至理论极限的100%。本章详细探讨了SACs的构筑策略，包括原子锚定技术（如缺陷工程、配位诱导沉淀法）以及不同载体材料（如氮化碳、金属氧化物、碳纳米管）对单原子稳定性和电子结构的影响。核心内容包括： 1. 电子结构调控： 如何通过载体与单原子的相互作用（d带中心理论的延伸应用）来优化反应中间体的吸附能，实现“理想的德拜-施莱尔关系”的突破。 2. 稳定性和抗中毒性： 分析了高温或复杂反应气氛下SACs的聚集问题，并介绍了通过构建配位环境或合金化来增强其热稳定性的新方法。 3. 应用实例： 重点展示了单原子催化剂在氧还原反应（ORR）、二氧化碳还原（CO2RR）以及选择性氧化反应中的卓越性能数据和机理探究。 第三章：界面工程与协同效应：多组分催化剂的协同优化 现代高效催化剂往往是多组分体系，其性能的提升往往来源于不同组分之间的协同作用。本章深入剖析了界面效应和电子耦合机制。 1. 金属-载体相互作用（SMSI）： 详细解析了SMSI现象的动态演变过程，及其在调控催化剂表面电子态和界面反应活性中的作用。不同形貌的氧化物载体（如锐钛矿与金红石相TiO2）如何影响金属纳米颗粒的电子转移和界面反应路径。 2. 双金属和合金催化剂的设计： 讨论了合金化对催化剂性能的“间接效应”和“直接效应”。通过调整合金的组分比和晶格常数，可以实现对反应能垒的精细调控，例如在甲烷氧化偶联（OCM）中对C2+产物选择性的提升。 3. 核壳结构与核壳界面的构建： 介绍如何通过精确的化学气相沉积（CVD）或溶液法制备具有明确界面的核壳结构催化剂，以实现反应物在外部壳层激活，而在内核层进行深度转化，从而有效抑制副反应。 第四章：光催化与电催化：面向可持续能源转化的界面科学 本章将视角转向光电驱动的催化过程，强调了催化剂材料在能量转换中的关键角色。 1. 光催化剂的载流子分离与传输： 深入探讨了拓扑绝缘体、二维材料（如MXenes、过渡金属硫化物）在光催化领域的新应用。重点分析了如何通过构建异质结（Type-II结或Z型结）来有效分离光生载流子，延长载流子寿命。 2. 电催化剂的表面动力学： 针对析氢反应（HER）和析氧反应（OER），详细比较了贵金属（Pt、Ir）与非贵金属基催化剂的电化学性能。阐述了在不同电位下，表面中间体物种（如OH, OOH）的自由能曲线对整体反应动力学的控制机制。 3. 原位表征技术在光/电催化研究中的应用： 强调了使用原位X射线吸收谱（XAS）、拉曼光谱和傅里叶变换红外光谱（FTIR）来实时监测催化剂在工作状态下的结构和电子态变化的必要性。 第五章：机器学习与高通量筛选在催化剂发现中的应用 面对庞大的材料设计空间，本章介绍了计算化学与数据科学如何加速新催化剂的发现。 1. 描述符的构建与降维： 如何从复杂的原子环境（如配位数、键长、d带中心）中提取对催化性能有决定性影响的物理化学描述符。重点介绍基于密度泛函理论（DFT）计算的特征工程方法。 2. 机器学习模型的建立与优化： 介绍了监督学习（如随机森林、高斯过程回归）在预测催化剂活性（如吸附能、活化能）中的应用。讨论了如何利用小样本学习技术来处理实验数据稀疏的问题。 3. 高通量实验与自动化： 描述了机器人驱动的高通量合成与筛选平台如何与计算模型相结合，形成“计算-合成-测试”的闭环优化流程，以快速迭代和优化催化剂配方。 结语： 本书旨在为从事催化剂研发的科研人员和高年级学生提供一个全面、深入且面向未来的视角，以应对能源、环境和精细化工领域对高效催化系统的迫切需求。书中所有内容均建立在扎实的物理化学原理之上，并结合最新的实验和计算成果进行阐述。

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拿到这本《[书名]》后，我最大的感受是“严谨与实用并重”。作为一名刚刚接触实验的本科生，我常常因为操作不熟练或者理论知识不够扎实而感到手足无措。然而，这本书的编排逻辑非常贴合实验教学的实际进度。它从最基础的玻璃仪器清洗、溶液配制开始，循序渐进地引入复杂的电化学测量、光谱分析等高级实验。最让我感到惊喜的是，它为每一个实验都提供了“预期结果”和“常见问题及解决办法”的栏目。这简直是救星啊！多少次，我的实验数据总是偏离标准值，让我百思不得其解。有了这本书的指导，我能快速定位问题所在，比如是温度控制不当，还是试剂纯度出了岔子。这种即时反馈机制极大地提升了我的实验效率和信心。毫不夸张地说，这本书陪伴我度过了无数个在实验室里摸索的夜晚，它更像一位经验丰富、耐心细致的导师，随时在我身边提供指引和支持。

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说实话，我以前觉得实验书都大同小异，无非就是写着“取样”、“加热”、“冷却”、“记录”。但这本《[书名]》完全颠覆了我的刻板印象。它的章节划分不是简单的按实验类型来组织，而是更多地侧重于考察学生对某一特定化学原理的掌握程度。例如，它将涉及热力学平衡的实验放在一起讲解，这使得我们可以从不同角度去验证同一个物理化学概念，加深理解。我特别喜欢它对“仪器的校准与维护”部分的关注。很多教材会忽略这一点，但实际上，仪器的状态直接决定了实验结果的可靠性。这本书详细介绍了pH计、分光光度计等常用仪器的日常维护和标准校准流程，这对于培养我们规范的实验习惯至关重要。读完这一部分，我才真正明白，一个精确的实验背后，隐藏着多少对细节的把控和对设备尊重的态度。

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对于我这种对实验细节有强迫症倾向的人来说，《[书名]》简直是完美契合。我喜欢它对“空白实验”的强调。在很多复杂测定中，我们必须先进行空白实验来排除溶剂、试剂或仪器本身引入的背景干扰。这本书把空白实验的重要性放在了非常突出的位置，并用图表清晰地展示了扣除空白值前后数据差异的巨大影响。而且，在涉及定量分析的实验中，它非常细致地给出了最小可测定浓度（LOD）和线性回归系数（R^2）的意义和计算方法，而不是仅仅给出公式让你去套用。它真正做到了授人以渔，教会我们如何验证我们实验结果的“有效性”和“可靠性”。这本书让我明白了，实验的价值不仅在于得到一个数字，更在于我们理解这个数字是如何产生的，以及它在多大程度上可以被信任。

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这本书的文字风格非常平实流畅，没有那种高高在上的学术腔调，读起来非常舒服。我尤其欣赏它在介绍一些经典实验时，加入的历史背景和科学家的探索历程。比如，在讲到相律实验时，它简略地描述了吉布斯是如何一步步推导出这个重要规律的。这些“花边”知识虽然不是实验操作的必需品，但却极大地激发了我的好奇心和求知欲，让我意识到我们正在做的这些操作，是人类智慧积累的结晶。此外，这本书的附录部分也做得非常出色，包含了很多常用的物理常数表、单位换算以及各种标准曲线的参考图。这对于我们在有限的考试时间内快速查阅资料、保证计算准确性，提供了极大的便利。总之，它在学术深度和可读性之间找到了一个完美的平衡点。

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这本《[书名]》简直是为我们这些化学专业的学生量身定做的宝典！我记得我刚拿到这本书的时候，就被它清晰的排版和详尽的图示深深吸引住了。不同于市面上那些晦涩难懂的教材，这本书真正做到了“图文并茂”。它不仅仅是罗列实验步骤，更深入地解释了每个实验背后的理论原理，这对于我们理解实验现象至关重要。比如，在讲到滴定分析时，书里不仅有详细的操作步骤，还配有高精度的滴定曲线图解，让你一目了然地看到等当量点的判断依据。而且，它非常注重安全规范，每一个实验开始前都有醒目的安全注意事项，让人在操作时心里有底。我特别欣赏它在“数据处理与误差分析”这一章的详尽讲解，它教会了我如何科学地看待实验结果，而不是简单地记录数据。这本书确实帮助我从一个只会照本宣科的“操作员”成长为一个真正懂得科学探究的实验者。我强烈推荐给所有正在学习基础化学实验的同学，相信它会成为你们实验桌上的得力助手。

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