具体描述
好的，以下是一份关于一本名为《现代催化与材料科学前沿》的图书的详细简介，该书内容与您提到的《Quantum Chemistry And Spectroscopy》无任何关联。 现代催化与材料科学前沿 导言 本书旨在全面而深入地探讨当代化学、材料科学及工程领域中最具活力的交叉学科——现代催化与先进材料的制备、结构表征及其功能化应用。在全球能源转型、可持续发展和高性能材料需求的驱动下，催化科学正经历一场由基础理论突破和新材料创制共同引领的深刻变革。本书汇集了该领域的最新研究进展，重点关注新型催化剂的设计理念、先进表征技术的应用，以及材料结构与性能之间的内在联系。 全书结构清晰，逻辑严谨，旨在为高年级本科生、研究生以及相关领域的科研人员提供一个全面、深入且具有前瞻性的学习和参考平台。 第一部分：催化科学的理论基础与新范式 本部分着重于奠定现代催化研究的理论基石，并探讨推动催化研究范式转变的关键概念。 第一章：催化反应动力学与选择性控制 本章深入剖析了异相与均相催化反应的动力学模型。重点阐述了如何通过调控过渡态能垒来提升反应活性和选择性。详细讨论了表面吸附、脱附、表面覆盖度对反应速率的影响，并引入了非能级（Non-equilibrium）催化动力学的新视角。特别关注了如何利用外场（如光照、电场）对反应路径进行实时、精准的调控。 第二章：计算化学在催化设计中的应用 本章聚焦于密度泛函理论（DFT）及其扩展方法在预测催化性能中的核心作用。内容涵盖了如何精确模拟复杂活性位点的电子结构、计算反应能垒和表面吸附能。此外，还探讨了机器学习（Machine Learning）和数据驱动方法如何加速催化剂的筛选过程，实现高通量虚拟筛选（High-Throughput Virtual Screening）。 第三章：单原子催化（SACs）与协同效应 单原子催化剂因其极高的原子利用率和独特的电子环境，已成为研究热点。本章详细介绍了SACs的稳定化策略、结构确认方法，并深入分析了金属中心与载体之间的电子耦合效应。着重讨论了双核乃至多核位点的协同催化机制，以及如何利用近邻环境的调控来优化催化性能。 第二部分：先进功能材料的制备与结构调控 本部分聚焦于新型催化剂载体和功能材料的合成方法学，以及如何从原子尺度理解其结构特征。 第四章：多孔晶体材料：MOFs与COFs的构筑与应用 金属有机框架（MOFs）和共价有机框架（COFs）以其规整的孔道结构和可调的化学环境，在催化和分离领域展现出巨大潜力。本章详细介绍了MOFs和COFs的晶体工程学原理，包括溶剂热法、机械化学法等合成路径。重点探讨了如何通过后合成修饰（Post-Synthetic Modification, PSM）技术，将催化活性物种精确锚定在框架孔道内。 第五章：纳米颗粒催化剂的形貌控制与限域效应 纳米催化剂的活性与其尺寸、形状和晶面密切相关。本章系统梳理了通过控制晶化过程、表面活性剂调控等手段，实现对贵金属和非贵金属纳米颗粒（NPs）形貌的精准控制技术。深入分析了“限域效应”（Confinement Effect），即在二维材料（如石墨烯、二维过渡金属硫化物）表面或孔道内负载纳米颗粒时，其电子结构和催化性能发生的显著变化。 第六章：非贵金属催化剂的开发与替代策略 面对贵金属资源的稀缺性，本部分致力于开发高效、廉价的非贵金属（如铁、钴、镍、铜）催化剂。内容涵盖了基于氮化碳材料、硫化物、磷化物等载体负载的非贵金属催化体系，特别关注其在析氢反应（HER）、氧还原反应（ORR）和碳-碳键偶联反应中的应用潜力。 第三部分：关键能源转化与环境催化 本部分将理论与材料成果应用于解决当前面临的关键能源和环境挑战。 第七章：电催化在可持续能源中的角色 电催化是实现能源电化学转化的核心技术。本章详细阐述了电催化剂的电化学活性评估标准，包括塔菲尔斜率、交换电流密度等。重点讨论了水分解（制氢）、二氧化碳还原反应（CO2RR）的机理研究，以及如何设计具有高稳定性、高周转频率（TOF）的电催化体系。 第八章：光催化剂的设计与光电耦合机制 光催化剂通过吸收光能驱动化学反应。本章系统介绍了半导体光催化剂的能带结构、载流子分离与传输效率的关键因素。探讨了如何通过表面缺陷工程、构建异质结（Heterojunctions）以及敏化策略来拓宽光谱吸收范围，提高可见光驱动的催化效率，如光催化降解污染物和光催化水分解。 第九章：生物质与小分子活化催化 随着化石能源的枯竭，生物质的高效转化和惰性小分子（如甲烷、C-H键）的选择性活化成为重要研究方向。本章介绍了如何利用新型多相催化剂和仿生催化策略，实现生物质中纤维素、半纤维素向高附加值化学品的定向转化。同时，阐述了C-H键活化反应的挑战与机遇，特别是氧化物、配位聚合物在这一领域展现出的独特优势。 第四部分：先进表征技术与原位/非原位分析 材料的微观结构和反应过程的动态演化是理解催化性能的关键。本部分侧重于支撑前沿研究的先进表征手段。 第十章：同步辐射与高分辨电镜在催化中的应用 本章介绍了同步辐射光源（如X射线吸收谱XAS、X射线光电子能谱XPS）在确定催化剂电子态和配位环境方面的不可替代性。同时，深入讨论了球差校正透射电子显微镜（Cs-corrected TEM）如何实现对纳米催化剂原子尺度的成像，揭示结构-活性关系。 第十一章：原位/非原位光谱与反应监测 理解催化反应的“黑箱”需要动态监测。本章详述了拉曼光谱（Raman）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）在原位/非原位条件下对反应物、中间体和产物的实时追踪技术。特别介绍了反应池（Reaction Cell）的设计，以确保在接近实际反应条件（高压、高温）下进行光谱分析。 第十二章：表面科学：温度程序脱附与脉冲实验 本章回归催化剂表面的基础研究。系统介绍了温度程序脱附（TPD）技术在评估吸附物种热力学性质中的应用，以及脉冲反应实验在确定催化剂活性和耐中毒性方面的优势。强调了这些经典方法与现代先进表征手段的结合，以构建完整和可靠的催化循环模型。 总结 《现代催化与材料科学前沿》全面覆盖了从微观机理到宏观应用的全链条知识体系。通过深入探讨催化剂的设计原理、先进材料的构筑方法，以及一系列前沿的分析表征技术，本书旨在培养读者批判性思维能力，激发他们在应对能源与环境挑战中的创新潜力，为未来催化与材料科学的研究奠定坚实的基础。
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