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Catalysis from abzymes to zeolite: this successful encyclopedia is now in its third, updated and enlarged edition, with 50% more content in its three volumes. More than 200 leading scientists from all over the world have contributed over 7,600 entries with 3,100 cross references, providing important information and up-to-date citations on all aspects bio-, heterogeneous and homogeneous catalysis, as well as on analytical methods and techniques, and industrial processes.
好的，这是一份关于一本名为《Catalysis from A to Z》的图书的详细介绍，这份介绍将聚焦于本书可能涵盖的广泛主题，同时避免提及任何特定书籍中已有的内容。 --- 《催化作用：从基础原理到前沿应用》 书籍导言： 催化作用是现代化学工业、环境保护和能源转化的核心驱动力。从我们日常生活中使用的塑料制品，到生产药物和清洁燃料的过程，几乎无处不依赖于高效的催化剂。然而，催化剂的设计与优化是一个复杂且多维度的科学挑战。本书旨在提供一个全面、深入且结构清晰的指南，覆盖催化领域从基础理论到最新技术进展的广阔图景。 本书的构建哲学是“广度与深度并重”。我们不仅回顾了自19世纪以来催化科学的奠基性工作，更重要的是，我们着眼于当前研究人员和工程师在应对全球性挑战时所面临的具体问题。我们将催化作用视为一个跨学科的领域，涵盖了物理化学、材料科学、表面科学以及工程学的交叉点。 第一部分：催化作用的基础理论与机理 本部分为读者构建理解催化现象的必要理论框架。我们首先从热力学和动力学的角度审视反应速率的加速机制，详细阐述了活化能的概念以及过渡态理论在解释反应路径中的作用。 1. 反应界面的原子尺度理解： 催化剂的性能与其表面结构和电子态密不可分。本章深入探讨了固体表面如何影响吸附、反应和解吸过程。我们将讨论不同晶面（如（111）、（100）面）对活性和选择性的影响，以及表面缺陷和台阶在催化循环中的关键角色。 2. 电子结构与催化活性： 利用密度泛函理论（DFT）等计算化学工具，我们分析了金属、氧化物和硫化物等常见催化剂材料的电子结构。重点阐述了d带中心理论、Smoluchowski模型以及Sabattier原则如何关联催化剂的固有性质与宏观反应速率。电子转移机制，特别是对于涉及电荷转移的氧化还原反应，将被详尽剖析。 3. 反应机理的表征技术： 理解催化反应的“黑箱”是进步的关键。本章系统介绍了原位（In Situ）和操作条件下的（Operando）光谱学技术，如X射线吸收精细结构（XAFS）、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱（FTIR）以及质子束流反应器技术。通过这些技术获得的实时数据，使我们能够追踪催化剂在真实工作环境中的结构演变和物种转化。 第二部分：异相催化剂的设计与合成 异相催化剂因其易于分离和重复使用的特性，在工业中占据主导地位。本部分侧重于如何系统地构建具有特定形貌、孔结构和活性位点的固体催化剂。 1. 活性组分的载体效应： 载体不仅仅是分散贵金属或过渡金属的惰性骨架。本章详细讨论了载体对金属纳米颗粒的稳定化、电子转移效应（如金属-载体强相互作用，SMSI）以及对反应物扩散的调控作用。我们将分析氧化铝、二氧化硅、碳材料以及新型沸石结构作为载体的优缺点。 2. 纳米结构控制与形貌依赖性： 催化剂的颗粒尺寸和晶面暴露直接影响其催化性能。本节探讨了通过控制沉淀、水热合成、原子层沉积（ALD）以及微乳液法等技术来精确调控纳米颗粒尺寸和形貌的策略。特别是，对于涉及氧化还原循环的反应，如何稳定地暴露具有特定配位环境的活性位点。 3. 构筑多功能复合催化剂： 许多复杂的化学转化需要协同作用。本书介绍了几种构建协同催化体系的方法，例如双功能催化剂（如金属-酸性位点协同作用）、核壳结构（Core-Shell）的构建，以及如何通过界面工程来优化不同组分之间的相互作用，从而实现对反应选择性的精确调控。 第三部分：均相催化与生物模拟催化 均相催化剂因其结构明确、选择性高而成为精细化工和手性合成的有力工具。 1. 配位化学与配体设计： 本部分着重于均相催化体系的“引擎”——金属配合物。我们将剖析配体几何构型、电子效应（如供电子/吸电子能力）和空间位阻如何影响催化剂的活性、稳定性和对映选择性。重点分析了膦配体、N-杂环卡宾（NHC）以及手性噁唑啉配体在不对称催化中的应用。 2. 均相催化的重要反应： 详尽介绍了几类具有里程碑意义的均相催化反应，包括但不限于：烯烃的聚合反应（如齐格勒-纳塔催化剂的演变）、交叉偶联反应（如Suzuki、Heck反应）中钯催化剂的作用机制，以及氢甲酰化反应的工业过程。 3. 仿生与酶催化： 生物催化剂以其无与伦比的选择性和反应条件温和著称。本章探讨了如何从天然酶（如氧化还原酶、水解酶）中汲取灵感，设计出具有类似活性的合成金属配合物或有机催化剂，以实现对复杂底物的精确转化。 第四部分：催化在能源与环境领域的应用前沿 本部分将理论和材料科学知识应用于解决当前全球面临的重大挑战，特别是能源转换和污染物治理。 1. 绿色燃料的催化转化： 探讨了将生物质转化为高价值化学品和燃料的催化途径。重点分析了纤维素和半纤维素的水解、脱氧反应（加氢脱氧，HDO）以及费托合成（Fischer-Tropsch Synthesis）中，如何通过调控催化剂的酸碱性和金属活性来优化产物分布。 2. 电催化与光催化： 随着可再生能源的兴起，电化学和光化学催化成为研究热点。详细讨论了水分解制氢（析氧反应 OER 和析氢反应 HER）中的非贵金属催化剂开发，以及二氧化碳还原（CO2RR）的挑战，分析了半导体光催化剂在光照下驱动化学反应的机制。 3. 工业排放物的催化净化： 汽车尾气催化转化器（三元催化剂）和固定源污染物的选择性催化还原（SCR）是环境催化的核心。本章分析了贵金属负载催化剂的失活机制（如烧结、中毒）以及新型非贵金属催化剂（如钒基、铜基材料）在低温高效净化中的潜力。 结论与展望： 本书最后总结了当前催化科学面临的主要瓶颈，包括催化剂寿命的预测性、高通量筛选技术的发展，以及将实验室成果高效放大到工业规模的工程挑战。展望未来，计算催化、人工智能辅助的催化剂筛选以及功能材料的自适应设计将是推动催化领域下一轮革命的关键力量。 --- （注：本简介涵盖了催化领域中广泛的、可能存在于该主题图书中的关键分支和深入主题，旨在构建一个全面且专业的图像，不包含特定已出版书籍的具体章节标题或摘要内容。）
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