Femtochemistry and Femtobiology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science

作者:Martin, Monique M. (EDT)/ Hynes, James T. (EDT)

出品人:

页数:588

译者:

出版时间:2004-4-30

价格:USD 295.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444516565

丛书系列:

图书标签:

• 化学物理
• 飞秒化学
• 飞秒生物学
• 超快动力学
• 分子动力学
• 光谱学
• 激光物理
• 生物物理
• 化学
• 物理学

激发潜能：现代催化科学与材料科学的前沿探索 一、本书核心主题： 本书聚焦于当代化学与材料科学领域中，通过对物质在飞秒（femtosecond）时间尺度下动态过程的精准调控和深入理解，所取得的突破性进展。我们将探讨如何利用超快激光技术、先进的谱学方法以及理论计算模拟，揭示并优化传统方法难以触及的瞬态反应机理，从而驱动高性能催化剂的理性设计和新型功能材料的定向合成。 二、结构与章节概览： 本书内容划分为六个主要部分，系统地构建了一个从基础理论到前沿应用的完整知识体系。 --- 第一部分：超快动力学基础与飞秒光谱技术 本部分旨在为读者奠定理解飞秒时间尺度现象所需的理论和实验基础。 第1章：时间尺度的概念与重要性 深入探讨化学反应的时间尺度分布，特别强调从皮秒到飞秒尺度的转变，以及能量和动量在分子层面上的传递速率。分析为什么在这些极短时间内，反应路径的选择性得以被“冻结”和观测。 第2章：飞秒激光源与脉冲整形技术 详细介绍产生具有足够短脉冲宽度和高亮度的飞秒激光器的关键技术，包括钛宝石振荡器、再生放大器和光参量放大器（OPA）。阐述脉冲压缩、啁啾补偿以及如何通过精密的脉冲整形来控制激发光的能量分布和时间结构。 第3章：瞬态吸收光谱（TA）的原理与应用 系统阐述二维电子谱（2DES）和二维红外谱（2DIR）等先进的TA技术。重点解析如何通过时间延迟和频率扫描来重构分子在激发态的能量转移、电荷分离和非绝热耦合过程。探讨在溶液相和固态异质结构中提取动力学参数的方法论。 第4章：非线性光学现象在时间分辨中的应用 讨论高次谐波产生（HHG）在软X射线范围的应用，以及如何利用超快X射线衍射（XRD）来实时监测晶体结构的变化。这为直接“拍摄”化学键的断裂与形成提供了新的视角。 --- 第二部分：催化过程的飞秒解析 本部分将超快动力学工具应用于多相和均相催化系统的研究，目标是理解活性位点上的能量耗散和中间体的寿命。 第5章：光驱动催化中的能量传递机制 研究光吸收后能量如何高效地从光敏剂传递到反应中心。对比分析表面等离子体共振（SPR）增强效应与分子内振动弛豫对催化活性的影响。重点分析载流子的寿命及其在界面上的迁移速率。 第6章：异相催化中的表面反应动力学 利用表面敏感的飞秒光谱技术，解析吸附物种在金属或氧化物表面的振动弛豫、表面重构以及反应过渡态的寿命。对比研究不同晶面暴露对反应活性的影响，着重于表面反应的固有时间常数测量。 第7章：酶催化与生物界面反应 探讨在溶液环境中，酶促反应中的关键构象变化和质子转移过程。利用飞秒光谱追踪蛋白质折叠和功能构象的形成路径，以及水分子在酶活性口袋中的动态作用。 第8章：电催化与光电催化体系的界面行为 分析在施加电势下，电极/电解质界面的电荷转移速率和中间产物在电极表面的吸附/脱附动力学。研究表面缺陷和缺陷态如何调控载流子的分离效率。 --- 第三部分：功能材料的超快载流子行为 本部分关注材料科学领域，特别是对半导体、量子点和低维材料中光生载流子的动力学行为进行深度剖析。 第9章：半导体光吸收后的弛豫过程 详细考察载流子在导带和价带中的热化过程（Thermalization）以及电子-声子耦合的速率。对比分析块体半导体、纳米晶和量子阱结构中载流子寿命的差异。 第10章：量子点与钙钛矿材料的激子动力学 重点研究量子限制效应如何影响激子（Exciton）的产生、扩散和复合速率。分析在新型光伏材料（如混合阳离子钙钛矿）中，缺陷和晶界如何充当载流子的陷阱或猝灭中心。 第11章：低维材料中的界面电荷分离 研究二维材料（如石墨烯、二硫化钼）与聚合物或无机半导体的范德华异质结中，电荷分离的效率和时间尺度。讨论界面电子转移机制的调控策略。 --- 第四部分：分子组装与结构演化 本部分将飞秒技术应用于对复杂分子体系中自组装、相变和结构弛豫过程的实时监测。 第12章：超快溶剂化与介电弛豫 研究溶剂分子在激发态分子周围的快速重排过程（溶剂化动力学）。对比分析极性与非极性溶剂对激发态分子能级结构的影响和能量转移速率。 第13章：光诱导的相变与晶格振动 利用超快X射线衍射或飞秒拉曼技术，实时跟踪光热效应或光激发导致的固态材料晶格结构的变化。研究在超快时间尺度下发生的熔化、相分离或晶格畸变。 第14章：复杂分子体系的能量传递网络 研究在多组分混合物或聚合物基质中，能量在不同分子单元之间的有效转移路径。这对于设计高效的光能收集天线结构至关重要。 --- 第五部分：理论计算与模型构建 本部分侧重于发展和应用先进的计算方法，以模拟和预测飞秒时间尺度的分子动力学行为。 第15章：非绝热动力学模拟方法 深入介绍理论计算中处理电子-核耦合的关键方法，如多斯（DOOT）方法、量子轨道遍历（QoT）以及最近发展的基于密度泛函理论的瞬态动力学方法。 第16章：结合机器学习的动力学预测 探讨如何利用机器学习势能面（ML-PES）来加速对超快反应路径的分子动力学模拟，特别是针对高维势能面的采样问题。 第17章：谱学数据解释与反演方法 介绍如何将计算结果与实验光谱数据进行直接对比和拟合，包括如何从复杂的二维谱图中反演出有效的动力学速率常数和耦合强度。 --- 第六部分：展望与未来方向 第18章：从“观测”到“控制” 总结当前技术如何从单纯的“观测”反应过程，迈向主动“控制”反应路径。讨论如何利用优化脉冲形状（如Optimal Control Theory）来实现对特定化学键的定向断裂或形成。 第19章：新一代飞秒平台与交叉学科应用 展望未来十年可能出现的实验技术突破，如阿秒（attosecond）脉冲光源在电子动力学研究中的潜在应用，以及飞秒技术在量子计算信息存储材料设计中的融合。 --- 总结： 本书旨在为物理化学、材料科学、催化工程及相关领域的科研人员和高级学生提供一个全面、深入且极具前瞻性的参考。通过对飞秒时间尺度现象的精确捕获和理解，我们正逐步揭示自然界中一切化学转化的基本规律，并为设计下一代高效能源转换材料和精细化学合成路径奠定坚实的科学基础。本书强调实验技术的精确操作与理论模型的严谨构建相结合，是理解和驾驭“瞬态化学”领域的必备读物。

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坦白说，我之前对“飞秒”这个时间尺度下的研究只是略有耳闻，总觉得那是只有顶尖实验室才能触及的领域。因此，当我看到这本书的标题时，心中升起一种既兴奋又略带敬畏的感觉。我更倾向于相信这本书会是一部深度聚焦于技术实现和方法论的专业著作。它可能详尽地描述了超快激光光谱技术（如泵浦-探测技术）的构造原理、信号解析的复杂性，以及如何从复杂的瞬态吸收谱中反演出化学反应的动力学信息。对于飞秒生物学部分，我猜想书中会详细探讨光合作用中电荷分离的极快过程、蛋白质折叠的早期构象变化，甚至是DNA损伤和修复的初始几步。如果这本书能够成功地架起理论物理与实际生物现象之间的桥梁，用严谨的物理工具来解析生命的奥秘，那它就远不止是一本教科书，更像是一部关于如何“看见”时间流逝的指南。我希望它能体现出跨学科研究的精髓，那种不同领域思维方式碰撞出的火花，而不是简单地罗列数据和公式，真正激发读者运用这些尖端工具去解决复杂问题的热情。

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仅仅是“飞秒化学与飞秒生物学”这两个词的组合，就暗示了这本书可能探讨了一个极具跨学科整合性的议题：生命活动的物理驱动力。我更倾向于认为这本书试图构建一个宏大的叙事框架，将非生命的快速反应过程与生命体内极其高效的能量转换机制联系起来。例如，它可能探讨光合作用中的激子转移（Exciton Transfer）与人工光伏材料中的载流子分离是否存在本质上的时间尺度共性。如果作者能够巧妙地引导读者思考，在生命体这种“湿热”且拥挤的环境中，飞秒级别的动力学是如何被精确调控以维持高效运作的，那将是一次令人振奋的阅读体验。我希望它能展示出，这些极快的物理过程并非孤立存在，而是生命体在漫长演化过程中所选择的最优解。这本书若能成功地揭示这些“看不见的时间印记”是如何塑造了我们所知的生命现象，那么它将超越专业工具书的范畴，成为一本激发创新思维的经典之作。

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这本书的名字听起来就非常“硬核”，我完全可以想象它是一本面向高年级本科生或研究生阶段的教材，内容结构必然是层层递进，逻辑性极强。初读之下，我预感它会从最基础的飞秒是如何定义的，以及为什么这个尺度对化学反应如此关键开始讲起。随后，必然会过渡到飞秒技术的物理基础，比如皮秒激光、飞秒激光的产生与控制，以及如何处理极短脉冲带来的色散和非线性效应。而在生物学部分，重点可能放在如何将这种技术应用于复杂的生物大分子系统，例如如何设计实验来区分溶液效应和内在分子动力学。我关注的重点会是它的详实程度——它是否提供了足够的背景知识，让一个并非专攻该领域的读者也能跟上思路？如果它能像一位经验丰富的老教授那样，在关键转折点提供历史背景和不同学派的观点争论，那这本书的价值就无可估量了。它不应该只是一个工具手册，更应该是一部引人入胜的科学史诗，讲述人类如何一步步驯服时间这匹野马，从而窥见物质和生命的本质。

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这本书的书名听起来就充满了未来感和尖端科技的味道，立刻勾起了我对微观世界无限可能性的好奇心。我期待着能通过它一窥那些以“飞秒”为单位才能捕捉到的化学反应和生命过程的瞬息万变。想象一下，我们能用如此精密的“时间标尺”去观察原子和分子的舞蹈，那种对自然界基本规律的理解深度必然是革命性的。这本书如果真的深入浅出地讲解了飞秒化学（Femtochemistry）和飞秒生物学（Femtobiology）的核心概念，那么它对于任何有志于在物理化学、生物物理学或者前沿材料科学领域有所建树的人来说，都是一本不可或缺的工具书。我特别希望看到作者如何将那些抽象的量子力学概念，通过生动具体的实验案例展现出来，比如激光脉冲如何精确地“定格”过渡态，或者酶催化过程中能量转移的实时轨迹。如果能配上清晰的图示和深入的数学推导，哪怕是初学者也能被这种探索未知边界的魅力所深深吸引。我推测，这本书的深度必然要求读者具备扎实的物理和化学基础，但对于那些渴望站在科技最前沿的探索者来说，这无疑是一张通往新知识领域的门票，让人迫不及待想要翻开第一页，感受那份速度与精度的震撼。

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这本书的题目无疑瞄准了物理化学和生物物理学研究的最前沿领域，我推测它的叙事风格会非常冷静、客观且充满科学的严谨性。它可能不会过多地采用抒情的笔触，而是专注于呈现实验数据、理论模型和数学描述。我特别期待看到它如何处理“时间”这个概念在不同尺度下的哲学和物理含义。在飞秒尺度下，分子运动几乎是遵循经典力学的轨迹，但其本质仍是量子力学的概率波。这本书能否成功地调和这种描述上的矛盾，也许是衡量其成功与否的关键。我希望它能清晰地区分哪些现象已经可以通过经典动力学解释，而哪些又必须依赖更深层次的量子效应。如果书中能包含一些关于“受激辐射”和“光激发态寿命”的详细计算案例，并且能展示这些计算如何与实际测量结果完美契合，那么对于寻求深入理解的读者而言，这本书无疑是极具说服力的。它应该是一部能够经受住多次查阅、不断提供新见解的参考宝典。

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