納米科學與技術·二維納米復閤氫氧化物：結構、組裝與功能 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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段雪，陸軍 等 編

圖書標籤:

• 納米科學
• 納米技術
• 二維材料
• 復閤材料
• 氫氧化物
• 結構
• 組裝
• 功能
• 材料科學
• 納米復閤材料

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030382641

版次：1

商品編碼：11322595

包裝：精裝

叢書名： 納米科學與技術

開本：16開

齣版時間：2013-09-01

用紙：膠版紙

頁數：549

字數：705000

正文語種：中文

內容簡介

　　二維納米材料是指在一個維度上具有納米尺寸的納米材料。在眾多的無機層狀材料中，層狀復閤氫氧化物（layered double hydroxides，LDHs）就是一類層狀二維納米材料。此類納米材料具有插層組裝和層闆組成結構可控等特點，且納米級的結晶尺寸和納米級的層間區域使其成為一類獨具特色的二維納米材料。
　　《納米科學與技術·二維納米復閤氫氧化物：結構、組裝與功能》集作者研究團隊二十多年的研究成果，著眼於此類材料的二維納米結構與效應，首先介紹LDHs材料的結構和製備兩個基本問題，然後係統闡述此類材料在催化／吸附、光學、電化學、磁學和防腐蝕等方麵的功能與應用。
　　《納米科學與技術·二維納米復閤氫氧化物：結構、組裝與功能》可供化學化工、材料、物理等專業廣大科研及教學人員、專業技術人員、研究生和本科生參考閱讀。

作者簡介

　　段雪，北京化工大學教授，中國科學院院士。1982年於吉林大學獲得學士學位，之後就讀於北京化工學院（現北京化工大學），於1984年和1988年獲得中國科學院碩士和博士學位。經30餘年的持續研究，形成瞭“插層組裝與産品工程”特色研究方嚮，圍繞該方嚮開展瞭係統的應用基礎研究和工程化研究。將研究成果應用於大規模工業實踐，實現瞭多項成果轉化。在AICh EJournal和Chemical Engineering Science等國際化工主流刊物，以及AngewandteChemieInternationalEdition.JournaloftheAmericanChemicalSociety和Advanced Materials等國際重要刊物發錶瞭一批高水平論文。獲國傢發明專利授權60餘件和美國專利授權5件。獲國傢技術發明奬二等奬（2項）和國傢科學技術進步奬二等奬（1項）等多項科技成果奬勵，先後獲得國傢有突齣貢獻的中青年專傢、全國“五一”勞動奬章、全國傑齣專業技術人纔、“長江學者奬勵計劃”特聘教授等榮譽稱號。2000～2008年任化工資源有效利用國傢重點實驗室第一任主任。現擔任國務院學位委員會化工學科評議組成員、國傢自然科學基金委化學部專傢谘詢委員會委員、英國皇傢化學會會士、Structure and Bonding期刊編委、國傢安全生産化工專傢組專傢等多項學術職務。

內頁插圖

目錄

《納米科學與技術》叢書序
前言

第1章 緒論
1.1 二維納米材料概述
1.1.1 二維納米材料簡介
1.1.2 二維納米材料的特點
1.1.3 二維納米材料的研究進展
1.2 二維納米材料一一層狀復閤氫氧化物（LDHs）
1.2.1 結構、性質及應用研究
1.2.2 LDHs中的二維納米效應
1.2.3 LDHs二維納米材料的研究進展
參考文獻

第2章 二維納米復閤氫氧化物的結構
2.1 引言
2.2 層闆結構
2.2.1 水鎂石陽離子取代型
2.2.2 層闆陽離子長程無序型
2.2.3 層闆陽離子有序型
2.2.4 三水鋁石有序填隙型
2.3 LDHs的層間結構
2.3.1 層間陰離子有序型
2.3.2 層間陽離子有序型
2.4 LDHs層闆堆積方式
2.4.1 2H和3R結構
2.4.2 分步插層結構
2.5 插層特性
2.5.1 插層結構中的超分子作用
2.5.2 協同性、方嚮性和選擇性
2.5.3 客一客體相互作用
2.5.4 主客體相互作用
2.5.5 插層反應與離子交換
2.5.6 分子識彆
2.5.7 電子轉移和能量轉換
2.6 LDHs結構模擬的理論方法
2.6.1 電子結構計算方法
2.6.2 分子模擬方法
2.7 LDHs理論研究進展
2.7.1 分子動力學方法的應用
2.7.2 量子力學方法的應用
2.8 LDHs結構構築的理論基礎
2.8.1 LDHs插層結構構築的經驗規則
2.8.2 插層結構構築基元的理論分類
2.8.3 金屬元素的性質對層闆結構的影響
2.8.4 層闆元素組成對插層結構的影響
2.8.5 層闆堆積方式對插層結構的影響
2.8.6 類水滑石理論模擬的通用分子力場
參考文獻

第3章 二維納米復閤氫氧化物的製備
3.1 LDHs粉體材料的製備
3.1.1 LDHs顆粒尺寸及形貌的影響因素
3.1.2 LDHs顆粒尺寸及形貌的控製方法
3.2 LDHs插層結構的構築
3.2.1 插層組裝的影響因素
3.2.2 LDHs主體層闆結構控製
3.2.3 LDHs層間客體結構控製
3.3 超分子插層結構的構築原則
3.3.1 LDHs熱力學研究
3.3.2 LDHs反應動力學研究
3.3.3 LDHs插層組裝的選擇性
3.4 LDHs插層結構薄膜的構築
3.4.1 層層組裝技術
3.4.2 電泳沉積技術
3.4.3 溶劑揮發技術
3.4.4 原位生長技術
3.4.5 其他製備技術
……

第4章 二維納米復閤氫氧化物的催化與吸附性能
第5章 二維納米復閤氫氧化物的光學性能
第6章 二維納米復閤氫氧化物的電化學性能
第7章 二維納米復閤氫氧化物的磁學性能
第8章 二維納米復閤氫氧化物的防腐蝕性能

索引

前言/序言

物理學與材料科學前沿：凝聚態物理中的電子行為與結構演化 內容提要： 本書深入探討瞭凝聚態物理學的核心議題，聚焦於材料內部電子的集體行為、結構隨環境變化的動態過程，以及由此引發的宏觀物理性質的湧現。全書結構嚴謹，從量子力學基礎齣發，係統闡述瞭晶格振動（聲子）、電子-聲子耦閤、以及電子在周期性勢場中的輸運現象。重點剖析瞭強關聯電子係統，如高溫超導、重費米子體係的微觀機製，並結閤先進的實驗技術，如角分辨光電子能譜（ARPES）和中子散射，解讀復雜材料的電子結構圖景。此外，書中還對拓撲材料中的奇異電子態進行瞭詳盡的論述，包括量子霍爾效應和拓撲絕緣體，強調瞭其在信息技術革命中的潛在應用價值。本書旨在為高年級本科生、研究生以及相關領域的研究人員提供一個全麵而深入的參考框架，以理解和預測新型功能材料的物理特性。 --- 第一部分：量子力學基礎與晶體周期性 第一章：多體問題與近似方法 本書首先迴顧瞭處理大量粒子係統的必要性，即多體問題。引入哈密頓量的完整形式，並著重討論瞭其在凝聚態體係中的復雜性。核心內容聚焦於平均場理論（如Hartree-Fock方法）的構建，解釋瞭如何通過引入近似，將難以處理的相互作用轉化為可解的形式。詳細分析瞭密度泛函理論（DFT）的原理和實際應用，包括 Kohn-Sham 方程的求解策略，以及如何準確描述電子的交換關聯能。 第二章：晶格動力學與聲子理論 本章深入研究瞭完美晶格中的原子振動。從牛頓運動方程齣發，推導齣描述晶格振動的聲子概念。詳細分析瞭色散關係的計算，區分瞭光學支和聲學支，並闡述瞭布裏淵區中波矢（$k$ 矢量）對振動模式的影響。重點討論瞭聲子密度（DOS）的概念及其在比熱容計算中的作用。隨後，引入電子-聲子耦閤機製，闡釋其在金屬導電性以及絕緣體中極化現象中的關鍵角色。 第三章：電子的周期性勢場輸運 本章基於Bloch定理，係統描述瞭電子在周期性晶格勢場中的行為。詳細推導瞭能帶結構的形成，解釋瞭何為能帶、能隙以及費米能級的物理意義。隨後，轉嚮電子的輸運性質，通過玻爾茲曼輸運方程，推導齣電阻率、霍爾效應和熱電輸運係數的微觀理論。對比分析瞭金屬、半導體和絕緣體在不同溫度下的輸運機製差異，強調瞭散射過程（如雜質散射、聲子散射）對電導率的決定性影響。 --- 第二部分：電子關聯效應與相變物理 第四章：平均場之外：強關聯電子係統 本書超越瞭費米液體理論的範疇，進入瞭電子間強相互作用（關聯效應）主導的物理領域。核心分析對象是具有局域磁矩和電子-電子排斥項（$U$）的係統。詳盡論述瞭Hubbard 模型及其在描述電子局域化和金屬-絕緣體轉變中的優勢。引入動力學平均場理論（DMFT），展示瞭如何通過自洽解將無限晶格問題映射到求解一個單雜質問題，從而成功描述高關聯係統中的電子譜綫展寬和重整化效應。 第五章：超導電性：從BCS到高溫超導 本章聚焦於超導現象的微觀起源。首先，重溫BCS 理論，解釋瞭庫珀對的形成機製、能隙的齣現以及零電阻的物理本質。隨後，將視角轉嚮非常規超導電性，特彆是銅氧化物和鐵基超導體。重點分析瞭它們獨特的、非s波配對對稱性，以及超導相與磁性（如反鐵磁序）之間的競爭關係，討論瞭由強關聯效應導緻的贋能隙（Pseudogap）的物理圖像。 第六章：磁性與磁性相變 本章專門處理電子的自鏇自由度。從海森堡模型和伊辛模型齣發，闡釋瞭鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性的微觀起源，主要基於交換相互作用。深入分析瞭平均場近似在描述磁性相變中的應用，計算瞭居裏溫度和奈爾溫度。此外，討論瞭磁激元（Magnons）的激發譜，並探討瞭在低維體係中由於熱漲落導緻的磁性消失現象。 --- 第三部分：拓撲物理與界麵現象 第七章：拓撲不變量與能帶拓撲 本章引入現代物理中最活躍的領域之一——拓撲凝聚態物理。闡明瞭拓撲概念如何從幾何學跨越到電子能帶結構中。詳細介紹瞭拓撲不變量（如Chern 數和 $mathbb{Z}_2$ 拓撲不變量）的數學定義，並解釋瞭它們如何保護瞭特定的邊緣或錶麵態。通過分析二維和三維晶體係統中能帶的拓撲平庸化/非平庸化轉變，為理解拓撲絕緣體和拓撲半金屬奠定理論基礎。 第八章：量子霍爾效應與邊緣態 重點解析瞭量子霍爾效應（QHE）的物理圖像，包括整數量子霍爾效應中朗道能級的形成和拓撲保護的邊緣態的輸運機製。討論瞭分數量子霍爾效應中分數量子霍爾液體的復雜多體關聯態。本章強調瞭由於邊緣態的單嚮性和對缺陷的免疫性，使得其在構建無耗散電子器件中的巨大潛力。 第九章：界麵、異質結與低維電子係統 本章關注電子行為在維度降低和界麵處的顯著變化。分析瞭二維電子氣（2DEG）的形成，討論瞭肖特基結和異質結界麵處能帶的彎麯與電勢的構建。深入研究瞭範德華異質結的特性，特彆是不同晶格常數和晶格取嚮帶來的莫爾圖案（Moiré Patterns）如何調控電子的有效質量和相互作用強度，引發新的電子相。 --- 第四部分：實驗觀測與光譜學方法 第十章：電子結構探測：角分辨光電子能譜（ARPES） 本書詳細介紹瞭ARPES作為直接探測費米麵和電子結構的關鍵技術。係統講解瞭光電效應的基本原理，如何通過角分辨測量直接獲得電子的動量信息。重點分析瞭如何利用 ARPES 譜圖來識彆狄拉剋錐、費米麵嵌套以及超導能隙的形狀。討論瞭 ARPES 實驗中麵臨的挑戰，如錶麵敏感性和能量分辨率的限製。 第十一章：晶格激發與中子散射 本章專注於原子級彆的集體激發（聲子和磁激元）的實驗探測。詳細闡述瞭非彈性中子散射的工作原理，說明瞭如何利用中子的磁矩和動量來同時探測原子結構和磁有序。通過分析中子散射的斷截麵，演示瞭如何重構聲子色散麯綫以及識彆磁性激發模式，特彆是研究磁性相變過程中的動態關聯函數。 第十二章：時間分辨技術與瞬態響應 最後，本章介紹瞭研究材料在超快時間尺度下動態響應的前沿技術，如飛秒激光光譜。重點討論瞭瞬態吸收光譜（TA）和時間分辨太赫茲（TRTS）技術，它們如何揭示電子弛豫、載流子復閤以及電子-聲子能量傳遞的動力學過程。這些技術為理解非平衡態下的物理過程提供瞭不可或缺的工具。 --- 本書特色： 本書將嚴格的理論推導與尖端的實驗觀測相結閤，力求為讀者提供一個堅實的、麵嚮前沿研究的知識體係。內容覆蓋瞭從基礎的晶體場理論到復雜的拓撲電子態，適閤作為凝聚態物理專業高階課程的教材，或作為進入該領域研究的係統性參考資料。全書旨在培養讀者利用微觀理論解釋宏觀物理現象的綜閤能力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值遠超齣一本教科書的範疇，它更像是一份未來技術路綫圖的草案。我特彆欣賞作者在討論前沿展望時，那種既樂觀又審慎的態度。比如，在關於質子傳導率提升的討論中，書中明確指齣瞭當前模型在高溫高濕環境下的局限性，並預言瞭下一代研究方嚮可能集中在缺陷簇的動態重構上。這種對“已知”的清晰界定和對“未知”的勇敢探索，是真正優秀科學著作的標誌。書中穿插的一些小節，專門討論瞭先進錶徵技術（如同步輻射X射綫衍射）在解析此類復雜結構中的應用，提供瞭非常實用的操作建議和數據解讀技巧，這對於我們這些需要頻繁進行復雜錶徵的實驗室來說，是無價的知識。總而言之，這本書構建瞭一個宏大而精密的知識體係，它要求讀者投入精力，但迴報是巨大的認知升級，它不僅教授瞭“是什麼”，更深層次地教會瞭“為什麼”以及“如何纔能做得更好”。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個急需深入理解新型儲能材料界麵的背景下接觸到這本著作的。坦率地說，我對“氫氧化物”這個詞匯的傳統印象還停留在基礎化學層麵，但這本書徹底顛覆瞭我的認知。作者在第三章中對晶格缺陷工程的探討，簡直是點睛之筆。他們不僅清晰地闡述瞭如何通過調控氧空位和金屬原子價態來優化電子導電性，還給齣瞭大量基於密度泛函理論（DFT）計算的預測性數據，這些數據對於我目前的研究方嚮至關重要。我花瞭整整一個下午來仔細研讀關於“自下而上”組裝策略的部分，書中詳細對比瞭模闆法和原位生長法在構建多級孔結構上的優劣，特彆是在提到如何利用有機分子作為結構導嚮劑時，那種精妙的分子設計思路令人嘆服。這本書的行文風格非常直接，沒有多餘的修飾，直擊核心科學問題，這對於時間寶貴的科研人員來說是最大的福音。它真正做到瞭將深奧的理論與尖端的實驗技術緊密結閤，為我後續的實驗設計提供瞭堅實的理論支撐和清晰的技術路綫圖。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得非常引人注目，那種深邃的藍色調和分子結構圖案，立刻給人一種嚴謹而前沿的科學感。我剛翻開導論部分，就被作者那種深入淺齣的敘述方式深深吸引瞭。雖然主題是“二維納米復閤氫氧化物”這樣聽起來非常高深的領域，但作者似乎特彆擅長把復雜的概念拆解成易於理解的模塊。比如，他們用瞭一個很形象的比喻來解釋層狀結構中離子交換的過程，這比我以前讀過的任何教科書都要清晰。我特彆關注瞭關於材料閤成方法的章節，那裏詳細描述瞭不同熱處理和水熱閤成工藝對最終材料形貌和結晶度的影響，圖錶製作得非常精美，數據可視化做得極佳，讓人一看就明白其中的關聯性。而且，書中不僅關注基礎理論，還大量引入瞭實際應用案例，比如在催化劑載體和電化學儲能器件中的潛力，這極大地激發瞭我對這項技術的興趣，讓原本覺得枯燥的理論學習變得充滿瞭探索的樂趣。我感覺這本書不僅僅是一本參考書，更像是一位經驗豐富的導師在手把手的引導我進入這個前沿領域，結構上的邏輯性非常強，從微觀結構到宏觀性能的遞進非常自然。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版質量著實令人稱贊，這在專業技術書籍中並不常見。紙張的質感很好，即使用熒光筆標記瞭許多關鍵公式和圖譜，也不會透墨。我尤其欣賞它在引文和注釋處理上的細緻入微，每當提到一項關鍵技術突破時，總能清晰地追溯到原始文獻的齣處，這體現瞭作者嚴謹的學術態度。在討論到二維材料的機械性能與穩定性時，書中引用瞭最新的原子力顯微鏡（AFM）和拉曼光譜分析結果，數據圖譜的清晰度極高，即便是高倍放大也細節畢現。與我手上其他幾本同類書籍相比，本書在“功能化”這一主題上的探討更為深入和係統。它不僅僅描述瞭如何製備基礎的氫氧化物骨架，更著墨於如何在其錶麵嫁接其他活性物種以實現特定的催化或吸附功能，這對於從事應用化學研究的我來說，提供瞭非常實用的參考。這本書的廣度與深度達到瞭一個完美的平衡點，既能讓初學者快速入門，也能讓資深研究者從中獲得啓發。

評分☆☆☆☆☆

我帶著一種近乎“朝聖”般的心情開始閱讀這本關於“納米復閤”的專著，畢竟這個交叉學科領域的信息往往分散且難以整閤。這本書最讓我驚喜的是它對“組裝”過程的哲學性思考。作者沒有僅僅羅列實驗步驟，而是探討瞭不同維度（一維納米綫、零維量子點與二維片層）之間相互作用的驅動力，這種從宏觀到微觀的係統性梳理，極大地拓寬瞭我的研究視野。特彆是關於界麵電子轉移機製的建模部分，書中采用的最新計算模型，與我過去依賴的經典模型相比，對實驗結果的解釋力有瞭質的飛躍，這對我正在攻剋的一個界麵反應瓶頸提供瞭新的視角。此外，書中對安全性和規模化生産的潛在挑戰也有所提及，這是一種非常負責任的做法，提醒瞭讀者在追求性能突破的同時，不能忽略工程化和環境影響。閱讀過程中，我多次停下來，試圖在腦海中構建齣這些納米結構的三維模型，而書中那些精心繪製的示意圖，完美地充當瞭我的“想象力支架”。