Introduction to Surface Chemistry and Catalysis pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Gabor A. Somorjai

出品人:

頁數:694

译者:

出版時間:1994-3-18

價格:USD 165.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9780471031925

叢書系列:

圖書標籤:

• 科研
• 錶麵化學
• 催化
• 界麵科學
• 化學吸附
• 催化劑
• 錶麵現象
• 化學工程
• 材料科學
• 納米技術
• 反應動力學

精益求精：材料科學的微觀視角與宏觀應用 本書旨在深入探索材料科學的基石——那些決定材料宏觀性能的微觀結構與相互作用。我們將目光聚焦於物質的錶麵，那裏是物質與外界發生一切交流的舞颱。無論是令人驚嘆的催化反應，還是材料的機械強度、導電性、光學特性，抑或是生物相容性，錶麵化學的原理無處不在，悄然塑造著我們所見所用的萬物。 第一篇：理解錶麵的語言——基礎理論與錶徵技術 本篇將為讀者打下堅實的理論基礎，幫助我們理解“錶麵”究竟意味著什麼，以及如何“看清”它。 第一章：物質錶麵的定義與重要性 我們從最根本的問題齣發：什麼是錶麵？它與本體（bulk）有何本質區彆？錶麵原子因擺脫瞭與周圍原子完全對稱的包圍，會呈現齣獨特的電子結構和化學活性。我們將探討錶麵能、錶麵張力等基本概念，並闡釋它們在固、液、氣三相界麵上的錶現。 為何錶麵如此重要？我們將通過一係列生動的例子來揭示錶麵在各個領域的關鍵作用：從工業生産中的催化劑效率，到日常生活中的食品保鮮，再到人體健康中的藥物遞送，無一不與錶麵現象息息相關。例如，納米材料之所以展現齣卓越的性能，很大程度上是因為其極大的比錶麵積，使得錶麵效應占據主導地位。 我們將審視不同類型的界麵：固-氣界麵（如多孔材料的吸附）、固-液界麵（如腐蝕、電化學反應）、液-液界麵（如乳化、萃取）、固-固界麵（如晶界、摩擦）。每種界麵都有其獨特的物理化學過程和研究方法。 第二章：錶麵的原子結構與電子態 深入理解錶麵，就必須審視其原子層麵的排列。我們將介紹晶體錶麵的結構，包括理想錶麵、重構錶麵、吸附位點（颱階、缺陷、拐角）等。這些微小的結構變化，往往是理解錶麵化學反應的關鍵。 錶麵原子的電子結構與本體原子有所不同。我們將探討錶麵態、錶麵電子密度分布，以及如何利用量子力學理論來描述這些特性。理解這些電子態，有助於解釋為何某些原子更容易在錶麵發生反應，或形成特定的鍵閤。 本章還將介紹錶麵缺陷的重要性。例如，材料錶麵的空位、位錯、雜質等缺陷，往往是催化活性點或腐蝕發生的起始區域。我們將分析缺陷的形成機製及其對錶麵性能的影響。 第三章：錶徵材料錶麵的關鍵技術 “看不見”的錶麵，我們如何纔能“看見”並“測量”？本章將係統介紹一係列強大的錶麵分析技術，它們是我們探索錶麵世界的眼睛和手。 顯微技術： 掃描隧道顯微鏡 (STM) 和 原子力顯微鏡 (AFM)：這兩種技術能夠以原子尺度分辨錶麵形貌，甚至可以探測單個原子的位置和性質。我們將詳細介紹它們的工作原理、成像模式以及在錶麵結構研究中的應用。 透射電子顯微鏡 (TEM) 和 掃描電子顯微鏡 (SEM)：雖然它們主要用於觀察體材料的微觀結構，但結閤錶麵襯度技術，也能提供錶麵形貌和成分信息，尤其適用於分析納米顆粒的錶麵。 光譜技術： X射綫光電子能譜 (XPS)：XPS是研究錶麵元素組成和化學態的“金標準”。它能夠提供錶麵幾納米深度內的元素信息，並區分不同化學環境下的同種元素。我們將探討其原理、譜圖解析以及在錶麵汙染、氧化、化學吸附等方麵的應用。 俄歇電子能譜 (AES)：AES與XPS類似，但空間分辨率更高，適用於微小區域的錶麵成分分析。 紫外光電子能譜 (UPS)：UPS主要用於研究錶麵的價電子帶結構，對於理解錶麵電子性質和費米能級至關重要。 紅外光譜 (IR) 與拉曼光譜 (Raman)：雖然這些技術也常用於體材料，但當應用於錶麵時，可以通過選擇性檢測錶麵吸附物或錶麵官能團，提供豐富的化學信息。特彆是錶麵增強拉曼光譜 (SERS)，能夠極大地提高對痕量物質的檢測靈敏度。 衍射技術： 低能電子衍射 (LEED)：LEED是研究錶麵結晶結構和錶麵對稱性的有力工具。通過分析電子束在錶麵散射形成的衍射斑點，可以確定錶麵的二維晶格結構。 X射綫衍射 (XRD)：雖然XRD主要用於體材料的晶體結構分析，但通過掠入射XRD (GIXRD) 和薄膜XRD等技術，也能提供錶麵層或薄膜的結構信息。 其他重要技術： 二次離子質譜 (SIMS)：SIMS是一種非常靈敏的錶麵成分分析技術，能夠檢測到ppb級彆的雜質，並提供同位素信息。 溫度程序升溫脫附 (TPD)：TPD是研究錶麵吸附物性質、吸附能和脫附動力學的常用方法。通過加熱樣品並監測脫附氣體，可以瞭解吸附物與錶麵的相互作用強度。 第二篇：催化——驅動化學變革的引擎 本篇將聚焦於錶麵化學中最具應用價值和研究深度的領域之一——催化。我們將深入剖析催化劑的設計原理、作用機製以及在工業和社會發展中的關鍵作用。 第四章：催化作用的基本原理 什麼是催化？為何催化劑能夠加速化學反應而不被消耗？我們將從熱力學和動力學角度解釋催化劑如何通過降低反應活化能來實現加速。 均相催化與多相催化： 區分兩種主要的催化形式，並探討它們各自的特點、優缺點以及在不同反應體係中的應用。例如，液相反應中常見的均相催化，以及氣-固界麵上的多相催化。 催化劑的活性、選擇性與穩定性： 這三個指標是衡量催化劑性能的關鍵。我們將深入討論影響這些指標的因素，包括催化劑的組成、結構、錶麵性質、反應條件等。 催化過程的步驟： 以多相催化為例，詳細分解催化反應的各個步驟：反應物擴散到催化劑錶麵 -> 吸附 -> 錶麵反應 -> 脫附 -> 産物擴散離開催化劑。理解每個步驟的速率限製，對於優化催化劑設計至關重要。 第五章：多相催化劑的設計與製備 催化劑的組成： 從金屬、金屬氧化物、非金屬化閤物到復閤材料，我們將探討不同類彆的催化劑材料，以及它們在特定反應中的優勢。例如，貴金屬（Pt, Pd, Rh）在氧化還原反應中的高效性，以及稀土氧化物在選擇性催化轉化中的作用。 催化劑的載體： 載體不僅僅是提供支撐，更重要的是能夠影響活性組分的 dispersion、散熱、抗燒結等性能。我們將介紹氧化鋁、二氧化矽、活性炭、分子篩等常用載體材料的特性及其選擇依據。 催化劑的形貌與結構控製： 納米顆粒、介孔材料、單原子催化劑等先進催化劑結構，是如何設計和製備的？本章將介紹溶膠-凝膠法、沉澱法、浸漬法、模闆法等多種製備技術，以及如何通過調控這些技術來獲得具有特定形貌和納米結構的催化劑。 催化劑的錶徵與性能評估： 如何證明一種新型催化劑是有效的？我們將迴顧前麵介紹的錶麵分析技術在催化劑錶徵中的具體應用，例如，通過XPS分析活性位點的化學態，通過TEM觀察納米顆粒的尺寸和形貌，通過TPD研究吸附過程。 第六章：典型的催化反應與應用 工業催化： 石油化工： 裂化、重整、加氫、脫氫等過程是現代石油化工的支柱，我們將探討涉及的催化劑和反應機理。 氨閤成： Haber-Bosch法是人類曆史上最重要的工業催化過程之一，我們將深入分析其催化劑（鐵基）和反應條件。 汽車尾氣淨化： 三元催化器在減少有害氣體排放方麵發揮著關鍵作用，我們將瞭解其Pt-Rh-Pd貴金屬催化體係。 閤成氣轉化： 甲醇閤成、費托閤成等是利用CO和H2生産化學品的重要途徑。 環境催化： 汙染物去除： 工業廢氣（SOx, NOx）和廢水（有機物）的處理。 能源催化： 燃料電池： 氧還原反應 (ORR) 和析氧反應 (OER) 的高效催化劑是關鍵。 電催化與光催化： 水分解製氫、CO2還原等，利用電能或光能驅動化學反應。 生物催化與仿生催化： 藉鑒酶的催化機製，設計人工催化劑。 第三篇：錶麵化學的拓展應用 本篇將進一步拓展錶麵化學的視野，探討其在材料科學、生物醫學、環境科學等更廣泛領域的應用。 第七章：吸附與分離 吸附過程的機理： 物理吸附與化學吸附的區彆，吸附等溫綫（Langmuir, Freundlich, BET），吸附容量與吸附速率。 多孔材料與吸附劑： 活性炭、沸石、金屬有機框架 (MOFs)、共價有機框架 (COFs) 等新型吸附材料的設計與應用。 在分離技術中的應用： 氣體分離（如CO2捕獲）、液體純化、色譜分離、離子交換等。 第八章：腐蝕與防護 金屬腐蝕的電化學機理： 陽極過程、陰極過程、電解質的作用。 腐蝕類型： 均勻腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕開裂等。 腐蝕防護策略： 錶麵鈍化、緩蝕劑、電化學保護（犧牲陽極法、外加電流法）、防護塗層（油漆、電鍍、化學鍍）。 第九章：錶麵改性與薄膜技術 目的： 改變材料錶麵的潤濕性、粘附性、耐磨性、導電性、生物相容性等。 方法： 化學處理： 錶麵活化、等離子體處理、化學氣相沉積 (CVD)、物理氣相沉積 (PVD)。 物理處理： 噴塗、濺射、陽極氧化。 自組裝單分子層 (SAMs)： 在固體錶麵形成有序的單分子膜，實現精確的錶麵功能化。 薄膜技術： 晶格匹配、界麵能、薄膜生長模式（Volmer-Weber, Frank-van der Merwe, Stranski-Krastanov）。 第十章：錶麵在生物醫學中的應用 生物相容性材料： 醫用植入物、人工器官的錶麵設計，避免免疫排斥和血栓形成。 藥物遞送係統： 納米載體錶麵修飾，提高靶嚮性和生物利用度。 生物傳感器： 利用錶麵吸附或識彆生物分子，檢測特定物質。 抗菌錶麵： 改變材料錶麵特性，抑製細菌生長。 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，理解錶麵化學與催化這一學科的精髓。通過理論學習、技術掌握與案例分析，我們希望讀者能夠激發對這一領域的興趣，並將其所學應用於解決現實世界中的科學與工程挑戰。

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