In-Situ Spectroscopy in Heterogeneous Catalysis pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-VCH

作者:James F. Haw

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-07-09

价格:USD 190.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527302482

丛书系列:

图书标签:

• 催化
• 异相催化
• 原位谱学
• 表面科学
• 反应机理
• 光谱技术
• 催化剂表征
• 化学动力学
• 材料科学
• 纳米材料

《原位光谱在多相催化中的应用》 作者： [此处填写作者姓名] 出版社： [此处填写出版社名称] 出版日期： [此处填写出版日期] ISBN： [此处填写ISBN号] 图书简介： 《原位光谱在多相催化中的应用》是一本深入探讨现代催化科学核心领域——原位光谱技术及其在多相催化研究中应用的大型学术专著。本书旨在为催化领域的研究人员、研究生以及对该领域感兴趣的化学、材料科学和工程学专业人士提供一个全面、权威的参考指南。本书内容严格围绕原位光谱技术展开，详细阐述了其基本原理、技术优势、在不同催化体系中的具体应用，以及如何解读和分析所得光谱数据，以期揭示多相催化过程的微观机制。 核心内容概览： 本书的撰写聚焦于“原位”（in situ）这一关键概念，强调了在实际催化反应条件下直接观测催化剂行为的重要性。与传统的离线（ex situ）表征技术相比，原位光谱技术能够捕捉到催化剂在工作状态下的真实面貌，包括活性物种的形成与演变、中间产物的生成与转化、催化剂表面结构的变化以及催化剂与反应物/产物的相互作用等。这些动态信息对于深入理解催化反应机理、优化催化剂性能、设计新型高效催化剂至关重要。 本书的章节设置逻辑清晰，从基础理论出发，逐步深入到具体的技术应用和前沿进展。 第一部分：原位光谱技术的基础与原理 第一章：多相催化中的挑战与机遇 本章将简要回顾多相催化在能源、环境和工业生产中的重要性，并指出传统表征方法在理解复杂催化过程中的局限性。 引出现场（in situ）和操作（operando）研究的必要性，强调了直接观察催化剂在工作状态下变化的迫切需求。 介绍原位光谱技术作为解决这些挑战的关键手段，并概述本书将要涵盖的主要光谱技术。 第二章：红外光谱（IR）与拉曼光谱（Raman）的原位应用 详细阐述红外和拉曼光谱的基本原理，包括分子振动、官能团识别、化学键的探测等。 重点介绍不同类型的原位红外和拉曼光谱技术，如透射式、反射式、表面增强拉曼光谱（SERS）等，以及其在气体吸附、液相反应、固相催化等不同体系中的具体配置。 讨论如何通过原位红外和拉曼光谱监测催化剂表面的吸附物种、中间产物、活性位点以及催化剂的结构变化。 提供具体的案例分析，例如在CO氧化、NOx还原、醇脱水等反应中，利用原位红外/拉曼光谱揭示反应机理。 第三章：紫外-可见-近红外光谱（UV-Vis-NIR）的原位应用 介绍UV-Vis-NIR光谱在探测电子跃迁、配位络合物、表面等离激元共振等方面的原理。 阐述如何利用原位UV-Vis-NIR光谱研究金属纳米粒子、氧化物载体、半导体催化剂等的光学性质变化。 重点讲解在光催化、电催化、以及涉及d-d跃迁或电荷转移跃迁的催化反应中，该技术的作用。 通过实例说明，如TiO2光催化降解有机物、氧化铝载金属催化剂的电子状态变化等。 第四章：X射线吸收光谱（XAS）的原位应用 深入讲解X射线吸收光谱（包括XANES和EXAFS）的原理，如何提供元素的电子态、配位环境和近邻原子信息。 详细介绍原位XAS技术在固体催化剂研究中的应用，尤其是在金属催化剂、氧化物催化剂、沸石分子筛等体系中的应用。 重点讨论如何通过原位XAS追踪金属活性中心的价态变化、配位饱和度、聚集态以及在催化循环中的结构演变。 展示原位XAS在CO氧化、费托合成、加氢反应等复杂催化过程中的关键贡献，例如揭示催化剂失活机理。 第五章：X射线光电子能谱（XPS）的原位应用 介绍XPS的基本原理，如何获取元素的化学态、化学环境和表面成分信息。 详细讨论原位XPS技术在多相催化中的独特优势，例如在反应气氛、温度和压力下的原位测量。 重点讲解如何利用原位XPS研究催化剂表面的氧化还原过程、吸附物种的形成、以及表面活性位点的化学性质。 提供案例，如在氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）中，原位XPS如何表征电极材料的表面变化。 第六章：核磁共振波谱（NMR）的原位应用 介绍NMR的基本原理，如何提供原子核周围的电子环境信息，进而推断分子结构、化学键和相互作用。 重点讨论原位固态NMR和液态NMR在多相催化中的应用，特别是对于非挥发性或难以离线的中间产物的探测。 阐述如何利用原位NMR研究多相催化反应中的反应物转化、中间产物生成、产物分布以及催化剂表面的吸附和反应过程。 通过具体实例，例如在多相催化中利用¹³C NMR和¹H NMR追踪有机反应机理。 第七章：其他原位光谱技术及其组合应用 本章将简要介绍其他新兴或特种原位光谱技术，如中子散射、穆斯堡尔谱、电子顺磁共振（EPR）、光谱椭圆偏振等，并讨论它们在特定催化体系中的适用性。 强调不同原位光谱技术的互补性，以及通过组合多种原位技术（例如，原位IR与原位XAS联用）可以获得更全面、更深入的催化过程信息。 讨论如何构建多功能原位反应器，以同时进行多种光谱和反应参数的测量。 第二部分：原位光谱技术在特定催化体系中的应用实例 第八章：氧化还原催化中的原位光谱研究 聚焦于工业上重要的氧化还原反应，如CO氧化、烷烃氧化、烯烃环氧化、选择性催化还原NOx等。 通过大量具体研究案例，展示原位光谱技术如何揭示这些反应的活性物种、反应路径、以及催化剂失活机制。 重点关注新型氧化物催化剂、金属纳米催化剂、以及复合催化剂的研究进展。 第九章：加氢与脱氢催化中的原位光谱研究 讨论加氢、脱氢、氢解、异构化等重要催化过程。 深入分析不同金属（如Pt, Pd, Ni）和载体（如Al2O3, SiO2, TiO2）在加氢反应中的原位光谱表征。 重点介绍如何利用原位光谱技术研究氢物种的形成和迁移、C-H键的活化、以及催化剂表面的碳沉积等问题。 第十章：光催化与电催化中的原位光谱研究 介绍光催化和电催化在能源转化和污染物降解中的作用。 详细阐述原位光谱技术如何监测光催化剂和电催化剂在光照或电化学电势下的电子结构、表面态、以及反应中间产物。 提供关于半导体光催化剂、金属氧化物、以及贵金属纳米颗粒在光/电催化中的原位研究案例。 第十一章：酸碱催化与多组分反应中的原位光谱研究 探讨多相酸碱催化反应，如烷烃异构化、酯化、脱水反应等。 分析利用原位光谱技术研究固体酸、固体碱催化剂的表面性质变化，以及有机分子在催化剂表面的吸附与转化。 介绍原位光谱技术在多组分反应（如合成气转化、生物质转化）中的应用，如何追踪复杂的反应网络。 第三部分：原位光谱技术的研究进展与未来展望 第十二章：数据分析与理论计算的结合 讨论如何有效地处理和分析海量的原位光谱数据，包括光谱解析、峰归属、动力学建模等。 强调理论计算（如密度泛函理论DFT）与实验原位光谱数据相结合的重要性，通过理论模拟来解释和预测实验现象，加深对催化机理的理解。 介绍机器学习和人工智能在原位光谱数据分析中的潜力。 第十三章：原位反应器设计与仪器联用 探讨各种类型原位反应器的设计原则，包括针对不同反应条件（高温、高压、腐蚀性气氛、液相）、不同光谱技术以及不同物料（气相、液相、固相）的特殊要求。 讨论如何将多种原位光谱技术与色谱、质谱、衍射等在线分析技术联用，实现多维度、多信息来源的催化过程监测。 第十四章：新兴领域与未来挑战 展望原位光谱技术在纳米催化、单原子催化、生物催化、环境催化（如CO2捕获与转化）、以及多相催化中的其他前沿领域的应用前景。 讨论当前原位光谱技术面临的挑战，如空间分辨率、时间分辨率的提升，弱信号的探测，复杂体系的表征，以及数据解读的标准化等。 提出未来原位光谱研究的发展方向，包括开发更灵敏、更普适、更高时空分辨率的原位技术，以及加强多学科交叉融合，推动催化科学的进一步发展。 本书的特色： 全面性： 涵盖了当前多相催化领域主流的原位光谱技术，从基础原理到具体应用，力求全面。 深入性： 对每种技术都进行了深入的原理阐述和技术细节介绍，并配以大量精选的、具有代表性的研究案例。 前沿性： 紧跟催化科学发展的步伐，关注最新的技术进展和研究热点。 实用性： 强调理论与实践相结合，为研究人员提供实际操作和数据解读的指导。 权威性： 由该领域的资深专家撰写，内容严谨，观点可靠。 《原位光谱在多相催化中的应用》将成为催化领域研究人员不可或缺的工具书，它将帮助读者深入理解多相催化过程的本质，激发新的研究思路，并最终推动高性能催化剂的设计与开发，为解决人类面临的能源、环境和可持续发展等重大挑战贡献力量。

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这本书的叙事风格极其严谨，数据驱动的论证方式贯穿始终，几乎没有一丝可以被质疑的模糊地带。它像一位经验丰富的老教授，用无可辩驳的实验证据引导学生理解复杂现象。在涉及表面活性物种的定量化问题时，书中没有给出简单粗暴的线性关系，而是深入探讨了多峰拟合中的非线性回归问题，以及如何通过动力学模型来验证光谱学测得的表面覆盖率的可靠性。书中引用了大量来自不同实验室的对比数据，这些对比并非简单的赞扬或否定，而是对不同实验体系（如不同载体、不同前驱体）下，同一种光谱信号如何被“扭曲”或“增强”的细致剖析。这种对“环境依赖性”的强调，极大地提高了读者的批判性思维。如果你期望读到一本能让你立刻在实验室中取得突破的速成指南，这本书可能会让你感到有些沉重，因为它要求你对每一个实验参数的变化都抱有敬畏之心，并愿意投入大量时间去理解这些变化背后的物理化学基础。

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从整体结构上看，该书的组织逻辑展现了一种自下而上的构建方式，从最基础的电子态到宏观的反应速率，层层递进，逻辑链条异常清晰。特别是在讨论催化剂“失活”的原位表征时，作者采用了时间序列分析的视角，将失活过程分解为几个可追踪的阶段——从积碳的初期形成到活性位点的不可逆堵塞。书中详尽地介绍了如何利用中子散射技术来区分表面吸附的水分子与晶格中的羟基，这是一个极其精妙的实验设计思路。此外，该书在处理多相催化剂中“多功能位点”的识别问题时，提出了一种基于空间分辨光谱技术的集成方法论，试图在微米尺度上实现功能分区。这种宏大叙事与微观细节的完美结合，使得全书的知识密度达到了一个令人叹服的程度。对于那些希望系统梳理自己对原位光谱研究理解的博士生来说，这本书无疑是不可多得的参考宝典。

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这本书最大的特点或许在于其深厚的跨学科底蕴，它不仅仅是化学工程的范畴，更融入了先进的材料科学和精密光学工程的精髓。作者对新型探测器的引入持开放但审慎的态度，例如对基于同步辐射光源的快速扫描技术在捕捉瞬态反应中的应用潜力进行了深入探讨，但同时也毫不避讳地指出了当前光源稳定性和光子通量在面对低浓度活性物种时的局限性。书中对“非理想”反应条件的模拟，如高粘度介质或极端pH值下的光谱响应，展现了作者超越常规实验平台的视野。它仿佛在向读者传达一个信息：真正的原位研究，必须能够模拟真实工业过程的“混乱”与“非平衡态”。这本书的语言风格带着一种学术界特有的、近乎严苛的精确性，但其传递出的对推动催化科学边界的渴望，是极具感染力的。读完后，你不会觉得自己只是学到了一种技术，而是被引领进入了一个更广阔的研究领域。

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这部著作的开篇就以一种近乎哲学思辨的笔触，探讨了催化剂表面活性位点的本征复杂性与实验观测之间的鸿沟。作者并没有急于深入技术细节，而是先构建了一个宏大的理论框架，强调了理解“原位”状态对于突破现有催化效率瓶颈的决定性作用。他巧妙地将量子化学计算的预测能力与实际反应环境的动态变化并置讨论，引人深思。尤其是在讨论如何有效分离出真正起作用的物种信号时，书中提出的模型区分了“伪稳定态”和“瞬态活性物种”的识别标准，这对于那些致力于开发更精准反应机理模型的科研人员来说，无疑是一剂强心针。书中对仪器偏差和信号漂移的分析极其细致，不像很多教科书那样轻描淡写，而是将其视为一个需要系统性解决的科学难题，这种务实的态度令人赞赏。它不是一本教你如何操作特定仪器的手册，更像是一本关于如何科学地“看穿”催化过程本质的思维导引。整体阅读体验是烧脑但极具启发性的，它迫使读者跳出传统的固定视角，去拥抱异相催化研究领域中那些难以捉摸的、稍纵即逝的微观事件。

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阅读这本书的过程，仿佛经历了一场精妙的声光电技术交响乐的洗礼。它在光谱学工具的选择和应用上展现了近乎偏执的深度。我特别欣赏其中关于拉曼光谱在水相催化中的信号淬灭机制的章节，作者不仅罗列了各种可能的干扰因素，还提供了一套详尽的滤波和数据处理流程，甚至包括了如何通过优化光路设计来最小化背景噪声对活性中间体的捕获。对于那些尝试将光电子能谱（XPS）推向更高反应温度和压力的工程师而言，书中对高真空系统与反应池耦合的工程挑战的详尽描述，简直就是一份宝贵的“避坑指南”。它将理论上的可行性与工程上的难度进行了残酷但必要的平衡。更难能可贵的是，作者没有止步于成熟技术，还前瞻性地探讨了利用太赫兹光谱对吸附物振动态进行实时监测的可能性，虽然目前仍处于理论探索阶段，但这种对未来研究方向的指引，体现了作者深厚的行业洞察力。这本书的实用价值在于，它将复杂的光谱学原理转化为可操作的实验策略。

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