Model Systems in Catalysis

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出版者:
作者:Rioux, Robert 编
出品人:
页数:546
译者:
出版时间:2009-10
价格:$ 258.77
装帧:
isbn号码:9780387980416
丛书系列:
图书标签:
  • 催化
  • 模型体系
  • 催化剂设计
  • 反应机理
  • 表面科学
  • 异相催化
  • 均相催化
  • 计算化学
  • 材料科学
  • 化学工程
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具体描述

The book concentrates on heterogeneous catalysis, but extends well beyond the most obvious model system -- the single crystal. The book builds upon increasing complexity into catalyst models -- that is building catalysts with controlled properties that begin to rival the complexity found in industrial based heterogeneous catalysts. This includes the deposition of clusters on flat, thin oxide surfaces amenable to characterize by electron, ion and photon based spectroscopic techniques, the thermal decomposition of organometallic clusters on surfaces with well-defined stoichiometry, to the tethering of homogeneous catalysts to metal oxide surfaces (i.e. heterogenized homogeneous catalysis) and finally evolving to a supported structural and functional mimic of the ultimate catalyst, the enzyme.

好的,这是一份关于一本名为《模型系统在催化中的应用》(Model Systems in Catalysis)的图书的详细简介,内容涵盖了催化领域中的重要概念、技术和前沿研究方向,但不包含您提到的特定书名所暗示的直接内容。 --- 图书名称: 《催化科学前沿:基础、机制与应用进展》 作者: 领域内资深学者集体撰写 出版信息: 权威学术出版社 图书简介 核心定位与内容概述 《催化科学前沿:基础、机制与应用进展》是一本全面、深入探讨现代催化科学各个维度的综合性学术专著。本书旨在为化学、材料科学、化学工程以及相关领域的研究人员、研究生和高级技术人员提供一个理解催化现象本质、掌握前沿研究工具、洞察未来发展趋势的权威参考平台。全书内容紧密围绕催化过程的微观机理、新型催化剂的设计与制备、以及在能源、环境和精细化学品合成中的实际应用展开,强调了从分子层面理解催化到宏观工程化应用之间的桥梁构建。 第一部分:催化基础理论的深化与重构 本部分致力于夯实读者对催化领域核心概念的理解,并引入近年来推动学科发展的关键理论突破。 第一章:表面化学与吸附理论的现代视角 本章深入剖析了催化反应发生的关键界面——催化剂表面的电子结构、几何构型及其对反应性的影响。内容涵盖了密度泛函理论(DFT)在预测表面电子态和活性位点方面的应用,以及非热力学吸附、多相吸附与反应竞争的复杂动力学模型。重点讨论了缺陷位点、晶面取向和氧化物/金属界面(如氧化物支撑的金属催化剂)的协同效应,解释了这些结构特征如何决定催化剂的本征活性和选择性。 第二章:反应机理研究的前沿技术 本章聚焦于解析催化循环中瞬态中间体的先进表征手段。详细介绍了原位(In Situ)和非原位(Operando)光谱技术(如X射线吸收谱、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱)在识别反应活性物种、监测催化剂状态变化方面的最新进展。此外,还探讨了利用超快激光技术、中子散射以及高分辨率质谱技术追踪反应路径和速率决定步骤的实验策略。 第三部分:新型催化剂的设计与合成策略 本部分汇集了当前最具创新性的催化剂设计理念与制备技术,重点关注如何实现对活性位点的精确调控。 第三章:单原子催化剂(SACs)的构建与性能 单原子催化剂因其原子利用率最大化和独特的电子环境,已成为研究热点。本章系统阐述了制备高分散、高稳定性的SACs的方法学,包括原子层沉积(ALD)、溶剂热法以及在载体材料中锚定金属前驱体的策略。深入讨论了载体效应(如氮化碳、石墨烯、金属有机框架(MOFs)等)对单原子中心电子结构的调控,及其在氧化还原反应中的性能优势。 第四章:多孔材料与晶格工程在催化中的应用 本章探讨了介孔材料、沸石分子筛以及金属有机框架(MOFs)和共价有机框架(COFs)作为催化剂骨架或载体的重要性。重点分析了孔径、孔道结构和骨架拓扑结构对扩散限制、底物选择性和酸碱性调控的耦合作用。介绍了通过晶格工程,如离子交换、结构修饰或晶体缺陷引入,来优化这些多孔材料的催化性能的具体案例。 第五章:光催化与电催化的界面协同 随着可持续能源转型的需求,光电催化正迅速发展。本章详细介绍了光吸收材料(如量子点、窄带隙半导体)的设计原则,以及如何通过异质结构建、表面功能化来提高光生载流子的分离效率。在电催化部分,重点阐述了析氢反应(HER)、析氧反应(OER)以及二氧化碳还原反应(CO2RR)的电化学界面机制,包括如何利用施加的电势精确调控中间体的稳定性。 第三部分:关键领域的工业化应用与挑战 本部分将理论和材料创新与实际工业需求相结合,探讨催化技术在解决全球性挑战中的潜力。 第六章:绿色化学合成中的高效催化 本章聚焦于替代传统高污染工艺的绿色催化技术。内容包括C-H键选择性活化与官能团化、水相催化反应、以及对使用非贵金属催化剂替代铂族金属的最新进展。特别强调了生物质转化和二氧化碳资源化利用中的关键催化步骤和反应路径的优化。 第七章:能源转换与储存的催化支撑 深入讨论了在燃料电池、金属-空气电池以及电解水制氢技术中的催化剂需求与性能瓶颈。详细分析了高效、低成本的氧还原反应(ORR)和氧析出反应(OER)催化剂的设计策略,以及固态氧化物燃料电池(SOFCs)中的电解质和电极材料的催化作用。 第八章:环境净化与污染物降解催化 本章关注催化技术在空气和水污染控制中的应用。内容涵盖了挥发性有机化合物(VOCs)的低温氧化催化、选择性催化还原(SCR)脱硝技术,以及在光热催化协同下对难降解有机污染物的深度氧化去除技术。讨论了催化剂在复杂环境条件(如高湿度、存在毒化物)下的稳定性和寿命问题。 结论与展望 本书最后一部分对催化科学的未来发展方向进行了总结和展望,重点指出了人工智能(AI)和机器学习(ML)在加速催化剂筛选、性能预测以及反应机理模拟中的巨大潜力,强调了跨学科合作对于解决复杂催化难题的必要性。 目标读者 本书是从事催化剂研发、反应工程设计、化学过程优化的科研人员、博士后、研究生以及相关工业界的工程师和技术专家的必备参考书。

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读后感

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用户评价

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我用了很长时间才读完这本书中关于立体选择性控制的部分,这是一个非常具有挑战性的主题。作者在这里展示了高超的归纳能力,将多种不同的空间位阻和手性诱导机制统一在几个核心的几何构型原则之下。书中对于手性催化剂的构象变化如何影响对映体过量的分析,可以说是教科书级别的典范。但是,这种对深度和精度的追求,牺牲了一定的可读性。书中大量引用的早期文献和经典实验,虽然奠定了理论基石,但对于习惯了现代高分辨率光谱技术和实时监测手段的年轻研究者来说,可能会觉得这些案例显得有些陈旧。如果作者能在梳理经典理论的同时,用更现代的视角去重新审视这些模型——比如,用原位红外或超快光谱数据来验证模型预测的过渡态——那么这本书的价值将得到进一步的升华。它现在更像是一座坚实的理论堡垒,它告诉我们过去是如何到达这里的,但对于如何用最新的工具继续前进,则需要读者自己去连接和延伸。

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坦白讲,我拿到这本书时,是抱着寻找“革命性新范式”的期待的,尤其是在当前绿色化学和可持续发展的大背景下,人们普遍关注如何利用更廉价的元素、更温和的条件实现高效率转化。这本书的结构设计似乎更偏向于对经典催化体系,特别是贵金属催化机制的全面梳理和深入挖掘。书中对反应机理的剖析细致入微,每一个步骤的动力学参数和热力学驱动力都被拿出来反复审视,这种严谨性令人钦佩。然而,我发现书中对新兴的、非贵金属催化或者生物启发催化(Biomimetic Catalysis)的讨论明显不足,似乎将重点过分集中在那些已经被研究了数十年、理论已相对成熟的体系上。这使得这本书读起来有种“史诗性回顾”而非“前沿探索”的感觉。对于渴望了解当前工业界正在尝试突破的方向,或者寻找下一代催化剂设计灵感的读者而言,这本书提供的指引稍显保守。它成功地巩固了基础,但未能提供足够多关于未来可能性的展望,这在我看来,是其在面向未来应用方面的一个小小的遗憾。

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阅读《Model Systems in Catalysis》的过程,对我而言,更像是一场与大师的慢速对话,充满了对细节的极致打磨。作者的写作风格是极其审慎和客观的,几乎没有使用任何带有主观色彩或夸张手法的语言,所有的论断都基于扎实的实验数据或可靠的计算结果。这种克制的美学让这本书具有了极高的学术公信力。我特别欣赏其中关于“模型系统选择的合理性”这一章节的讨论。作者没有盲目地堆砌复杂的现实体系,而是深入探讨了为什么选择特定的简单分子作为研究对象,这暴露了科学研究中“化繁为简”的智慧。然而,这种过度专注于“理想模型”的倾向,有时会让读者感到与真实世界的复杂性有些脱节。现实中的催化过程往往受到杂质、溶剂效应、催化剂失活等一系列非理想因素的干扰,书中对这些“现实噪音”的讨论相对较少,这使得理论与实验室或工厂实际操作之间的鸿沟依然存在。这本书教会了我“应该如何思考”,但关于“如何应对现实的混乱”的指导略显不足。

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这本书的装帧和排版质量相当高,印刷清晰,图表制作精良,这一点在学术专著中是值得称赞的。作者在阐述反应路径时,经常使用精妙的分子轨道图(Molecular Orbital Diagrams)来解释电子得失和反应活性的关系,这些图示是理解机制的关键。然而,这种对“完美”解释的追求也带来了另一个问题:信息密度过大。几乎每一页都塞满了密集的文字和复杂的示意图,使得读者很难找到喘息和消化的空间。我发现自己常常需要反复阅读某一段话,甚至需要暂停下来,在草稿纸上重新画出示意图,才能真正掌握作者想要表达的复杂逻辑链条。对于需要快速检索特定反应类型的读者来说,这本书的索引和章节结构虽然逻辑自洽,但定位特定案例的速度并不算快,它更鼓励你从头到尾进行系统学习,而非碎片化地查阅。如果你指望快速找到某个特定催化剂的优化参数,这本书可能不是最有效率的工具书,它更偏向于构建一个完整的知识体系,而不是提供即插即用的解决方案。

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这本《Model Systems in Catalysis》的书籍,从我这个初次接触催化领域的学习者角度来看,确实给我带来了一种既深邃又略感疏离的阅读体验。书中的理论框架搭建得异常扎实,尤其是在介绍均相催化体系的电子结构和过渡态理论时,作者似乎倾尽全力去剖析了每一个键合的细微变化,这对于理解催化剂活性位点的工作机制无疑是极有帮助的。然而,对于我这种习惯了从具体案例入手的新手来说,开篇的数学模型和量子化学计算方法的冗长描述,着实像一座难以逾越的高山。我花了大量时间去消化那些抽象的符号和复杂的能垒图,虽然最终理解了原理,但过程中的挫败感不言而喻。特别是当书中开始讨论各种复杂的配体效应时,如果能穿插一些更直观的、现代的实验证据来佐证这些模型,哪怕是简略提及一两个经典反应的应用案例,我想都会极大地提升阅读的流畅性和可操作性。总的来说,它更像是一本为高年级博士生或资深研究人员准备的深度参考手册,而不是一本能迅速引人入胜的入门读物。它要求读者具备极高的理论基础,并且对抽象思维有很强的适应能力,否则很容易在细节的海洋中迷失方向,无法体会到其真正的精妙之处。

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