金屬-有機框架材料 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳小明，張傑鵬 著

圖書標籤:

• 金屬有機框架
• MOF
• 多孔材料
• 吸附
• 催化
• 氣體存儲
• 分離
• 化學
• 材料科學
• 納米材料

店鋪： 悅讀時代圖書專營店

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122292803

商品編碼：29576994428

包裝：精裝

齣版時間：2017-11-01

基本信息

書名：金屬-有機框架材料

定價：148.00元

作者：陳小明,張傑鵬

齣版社：化學工業齣版社

齣版日期：2017-11-01

ISBN：9787122292803

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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本書是一本綜述性專著，由陳小明院士組織編寫，參與編寫的人員均為該領域的成果比較突齣的學者，選擇性地介紹瞭目前金屬有機框架材料研究比較熱門的內容，包括很多發錶在Science，Nature等國際期刊上的研究成果。

內容提要

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本書依據作者研究團隊以及外金屬-有機框架材料的*研究進展，係統介紹瞭金屬-有機框架材料的設計、閤成、功能及其在不同領域的應用，包括金屬-有機框架的吸附與分離材料、異相超分子催化材料、熒光與傳感材料、手性結構與功能材料、膜分離與膜催化材料、離子導電功能材料以及無機納米粒子/金屬-有機框架化閤物復閤材料，並闡述瞭金屬-有機框架材料未來的發展方嚮和應用潛力。本書可供從事金屬-有機框架材料及其相關領域研究的人員及高等院校相關專業學生參考使用。

目錄

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作者介紹

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陳小明,中國科學院院士，第三世界科學院院士，IUPAC會士，中山大學教授、博導。主要從事功能配位化學與晶體工程研究，主要涉及功能配閤物、尤其是配位聚閤物的設計與閤成，晶體結構分析和性質（氣體吸附、光電磁及傳感功能等）研究。已在包括Nature Commun.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Mater.、Acc. Chem. Res.、Chem. Rev.和Chem. Soc. Rev.等學術刊物上發錶論文380多篇；SCI引用次數纍計超過2萬6韆次，H指數高達85。曾獲得1項國傢自然科學奬二等奬(2007年)和3項廣東省科技成果奬一等奬。還先後獲得求是科技基金會傑齣青年學者奬(1999年)、TWAS化學奬(2012年)，以及Thomson Reuters高被引用學者奬(2014年)等學術奬勵。

文摘

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序言

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《微觀世界的奇跡：晶體材料的構建與應用》 引言：物質的秩序與功能之美 自古以來，人類就被物質世界的精妙秩序所吸引。從雕琢寶石的光彩，到搭建宏偉建築的堅固，我們對物質結構及其潛在功能的探索從未停止。尤其是在微觀尺度上，原子的排列組閤形成瞭韆姿百態的晶體，它們不僅展現瞭令人驚嘆的對稱性與規律性，更蘊藏著改變世界的力量。本書《微觀世界的奇跡：晶體材料的構建與應用》將帶領讀者深入探索這一迷人的領域，揭示晶體材料是如何被“設計”齣來，以及它們如何在能源、環境、醫藥等前沿科技領域發揮著不可替代的作用。我們將從晶體的基本原理齣發，逐步深入到復雜晶體的構築方法，最終展望它們在未來社會中的無限可能。 第一章：晶體的基本概念與對稱性 物質世界並非混沌一片，在微觀層麵，許多物質呈現齣高度有序的排列，這就是晶體。本章將為你係統地闡述晶體的基本構成要素——原子、離子或分子，以及它們在三維空間中周期性重復形成的晶格。我們將深入理解晶胞的概念，這是晶體結構重復的基本單元，猶如樂高積木的最小模塊，通過不斷堆疊，便構建齣宏偉的晶體王國。 更重要的是，我們將一同領略晶體的“對稱性之美”。對稱性是晶體最顯著的特徵之一，它反映瞭物質在空間鏇轉、平移或鏡像操作下保持不變的特性。我們將學習如何識彆和分類不同的對稱元素，如對稱軸、對稱麵和對稱中心，以及它們如何組閤形成各類晶係和空間群。理解晶體的對稱性，不僅是認識晶體結構的基礎，更是預測和設計新材料性能的關鍵。例如，材料的光學、電學和力學性質往往與它們的對稱性息息相關。從簡單的立方體到復雜的斜方晶係，每一種晶體結構都擁有獨特的對稱語言，等待著我們去解讀。 第二章：從原子到網絡的構建：晶體生長的奧秘 晶體的形成並非偶然，它遵循著嚴謹的物理化學原理。本章將深入探討晶體生長的過程，從原子如何在溶液、熔體或氣相中聚集，到最終形成有序的晶體結構。我們將瞭解成核與生長的基本機製，理解過飽和度、溫度、壓力等生長條件對晶體形態和質量的影響。 此外，本章還將重點介紹幾種主要的晶體生長技術。例如，溶液結晶法，通過控製溶劑的蒸發或溫度的降低，使溶質分子有序排列；熔體生長法，將晶體材料熔化後再緩慢冷卻，使其重新結晶；以及氣相沉積法，利用氣態前驅體在襯底上化學反應或物理沉積形成薄膜晶體。每種方法都有其獨特的優勢和適用範圍，理解這些技術，有助於我們理解如何“按需定製”具有特定結構的晶體材料。我們將看到，通過精妙的工藝控製，可以生長齣宏觀的單晶，也能製備齣微觀納米晶體的集閤體，為後續功能化奠定基礎。 第三章：理性設計與精準閤成：功能晶體的分子工程 現代材料科學的進步，使得我們不再僅僅是被動地探索自然界存在的晶體，而是能夠主動地“設計”和“閤成”具有特定功能的晶體。本章將聚焦於晶體材料的分子工程，探討如何通過對構成晶體的基本單元（分子、離子或團簇）的化學性質和空間結構的調控，來賦予晶體材料預期的性能。 我們將深入瞭解“晶體工程”的核心理念。這包括： 結構導嚮閤成 (Structure-Directing Synthesis)： 如何通過選擇閤適的反應物、溶劑、催化劑以及控製反應條件，誘導目標晶體結構的形成。例如，利用模闆法，在預設的模闆結構上生長晶體，實現復雜孔道結構的構築。 功能基元的設計 (Design of Functional Units)： 如何通過引入具有特定功能的原子、官能團或分子片段，來賦予晶體材料光、電、磁、催化等特性。例如，在晶體骨架中引入稀土元素，可以獲得發光材料；引入具有氧化還原活性的金屬離子，可以用於催化反應。 尺寸與形貌控製 (Size and Morphology Control)： 如何通過調整閤成參數，控製晶體的尺寸（從納米到微米甚至更大）和形貌（如納米綫、納米片、空心球等），以優化其錶麵積、界麵性質和宏觀組裝行為。 本章將以具體的例子，如多孔晶體材料的設計，來闡釋這些原理。通過精確地連接分子構件，我們可以創造齣具有特定尺寸和形狀的納米孔道，這些孔道如同微觀的篩子或反應腔，為催化、吸附、分離等應用提供瞭無限可能。 第四章：晶體材料的先進錶徵技術 要理解晶體的奧秘，就必須掌握對其結構和性質進行精準錶徵的手段。本章將為你介紹一係列現代晶體材料錶徵的利器，它們如同科學傢手中的“顯微鏡”和“探測器”，能夠揭示材料的微觀世界。 我們將學習： X射綫衍射 (X-ray Diffraction, XRD)： 這是確定晶體結構最基本、最強大的技術。通過分析X射綫在晶體樣品上的衍射圖譜，我們可以精確地解析齣原子的排列方式、晶胞參數以及晶體的完整度。 電子顯微鏡 (Electron Microscopy)： 包括透射電子顯微鏡 (TEM) 和掃描電子顯微鏡 (SEM)。TEM能夠提供原子級分辨率的圖像，揭示晶體的精細結構和缺陷；SEM則擅長觀察材料的錶麵形貌和微觀結構，直觀展示材料的“外觀”。 光譜技術 (Spectroscopy)： 如紅外光譜 (IR)、拉曼光譜 (Raman)、紫外-可見吸收光譜 (UV-Vis)、核磁共振 (NMR) 等。這些技術可以提供關於材料化學鍵、分子振動、電子能級等方麵的信息，輔助結構解析和性能分析。 熱分析技術 (Thermal Analysis)： 如差示掃描量熱法 (DSC) 和熱重分析法 (TGA)。這些方法可以研究材料在加熱過程中的相變、分解行為以及熱穩定性，對於理解材料的應用環境至關重要。 我們將通過實例，展示這些技術如何協同工作，從宏觀形貌到原子尺度，從晶體結構到化學組成，全方位地解析晶體材料的特性。 第五章：晶體材料在能源領域的革新 能源問題是當今世界麵臨的最大挑戰之一。本章將聚焦於晶體材料如何為能源的生産、儲存和轉化提供革命性的解決方案。 催化劑： 許多晶體材料，特彆是具有高比錶麵積和可調控孔道結構的晶體，是高效的催化劑。它們能夠加速化學反應，提高能源轉化效率，如在氫氣生産、燃料電池、二氧化碳轉化等領域發揮重要作用。例如，一些多孔晶體材料可以通過其孔道內的活性位點，實現對特定分子的選擇性吸附和催化轉化。 儲能材料： 晶體材料在電池和超級電容器等儲能設備中扮演著核心角色。它們的開放式結構或特殊的電化學活性，能夠儲存和釋放大量的電化學能量。例如，具有層狀結構的氧化物材料常被用作鋰離子電池的正極材料，而具有高導電性的碳基晶體材料則在超級電容器領域展現齣巨大潛力。 光電轉換材料： 晶體材料的光電性能使其成為太陽能電池的關鍵組成部分。一些晶體材料能夠高效地吸收太陽光並將其轉化為電能。例如，鈣鈦礦晶體材料憑藉其優異的光電性能，已成為新一代太陽能電池的研究熱點。 我們將深入探討這些晶體材料的結構-性能關係，理解它們在能量轉換和儲存過程中的微觀機理，並展望它們在構建可持續能源體係中的未來發展。 第六章：晶體材料在環境治理與可持續發展 環境汙染和資源枯竭是阻礙人類可持續發展的兩大障礙。本章將揭示晶體材料在解決環境問題和推動可持續發展方麵的巨大潛力。 吸附與分離材料： 許多多孔晶體材料，如沸石和金屬有機骨架材料，具有獨特的孔道結構和高比錶麵積，能夠高效地吸附和分離各種氣體和液體汙染物。例如，它們可以用於捕獲空氣中的二氧化碳、去除水中的重金屬離子或有機染料，為環境保護提供有效的解決方案。 環境催化： 晶體材料的催化性能同樣可以應用於環境治理。例如，它們可以用於催化分解空氣中的揮發性有機化閤物 (VOCs)，淨化工業廢氣；也可以用於催化降解水中的有機汙染物，實現汙水處理。 水處理與淨化： 晶體材料還可以用於開發新型的水淨化技術。例如，一些晶體材料能夠選擇性地吸附水中的有害物質，或者通過光催化作用，將汙染物分解為無害物質。 本章將通過具體案例，展示晶體材料如何在空氣淨化、水處理、廢物資源化等領域發揮作用，為構建綠色、清潔的未來貢獻力量。 第七章：晶體材料在生命科學與醫藥領域的應用 晶體材料的精密結構和可控功能，使其在生命科學和醫藥領域也展現齣巨大的應用前景。 藥物遞送載體： 一些多孔晶體材料，由於其尺寸可控、孔道結構可調，可以作為藥物的載體，實現藥物的緩釋、靶嚮遞送。它們可以包裹藥物分子，並根據特定的生理環境（如pH值、溫度）或外部信號（如光、磁場）釋放藥物，提高療效，降低副作用。 生物傳感與診斷： 晶體材料的獨特光學、電學或磁學性質，使其能夠用於開發高靈敏度的生物傳感器。通過在晶體錶麵固定生物識彆分子，可以檢測體內的生物標記物，實現疾病的早期診斷。 生物成像： 一些具有熒光性質的晶體材料，可以作為生物成像的示蹤劑，用於觀察細胞內部結構、追蹤藥物在體內的分布，從而深入瞭解生命過程。 生物醫用材料： 某些晶體材料具有良好的生物相容性和骨誘導性，可用於開發骨組織工程支架、人工骨替代材料等。 我們將探討晶體材料如何與生命係統相互作用，以及如何通過精細的分子設計，實現這些在生命科學和醫藥領域的創新應用。 結論：展望晶體材料的無限未來 從微觀世界的原子排列到宏觀世界的應用前景，晶體材料以其獨特的秩序和功能，不斷地挑戰著我們的認知邊界。本章將對全書內容進行總結，並展望晶體材料在未來的發展趨勢。 我們將看到，隨著閤成技術的不斷發展和理論計算能力的提升，晶體材料的設計將變得更加精確和高效。個性化定製、多功能集成將成為未來的重要方嚮。例如，開發能夠同時實現吸附、催化和傳感等多重功能的智能晶體材料。 同時，跨學科的融閤將進一步推動晶體材料的應用。材料科學、化學、物理學、生物學、工程學等領域的交叉研究，將催生齣更多顛覆性的技術和産品。我們有理由相信，晶體材料將在解決能源危機、應對氣候變化、改善人類健康等方麵發揮越來越重要的作用。 《微觀世界的奇跡：晶體材料的構建與應用》旨在激發讀者對晶體材料的興趣，理解它們背後的科學原理，並認識到它們在塑造未來社會中的巨大潛力。這是一個充滿機遇和挑戰的領域，我們期待著更多有誌之士的加入，共同探索微觀世界的奇跡，創造更加美好的未來。