纳米材料前沿--手性纳米材料 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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唐智勇 著

图书标签:

• 纳米材料
• 手性材料
• 纳米光学
• 生物医学
• 催化
• 传感
• 自组装
• 材料科学
• 前沿技术
• 纳米技术

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122303653

版次：1

商品编码：12363532

包装：精装

丛书名： 纳米材料前沿

开本：16开

出版时间：2018-05-01

用纸：铜版纸

页数：192

字数：208000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书可供从事手性纳米材料及其相关领域研究的人员及高等院校相关专业学生参考使用。
《纳米材料前沿》丛书是由材料及化学领域的学术带头人共同完成的大型出版项目，是国家出版基金资助项目。14名主要著作责任者中，含7名中国科学院院士，其余全部为“长江学者”或“杰出青年”。
本书是其中一个分册，由唐智勇研究员组织编写，图书包括作者研究团队的许多成果以及近年来国内外手性纳米材料领域的其他重大成果。

内容简介

本书依据作者研究团队以及国内外手性纳米材料的新研究进展，从纳米尺度的手性基本概念出发，系统介绍了手性超分子材料、手性聚合物材料、手性无机纳米材料和手性孔道纳米材料，通过具体的实例阐述了其结构设计的基本理念和合成步骤。后，本书结合手性纳米材料的新进展，阐明了其潜在应用和未来发展的前景和挑战。
本书可供从事手性纳米材料及其相关领域研究的人员及高等院校相关专业学生参考使用。

作者简介

唐智勇，中科院“百人计划”研究员、国家杰出青年基金获得者。研究工作主要集中在功能纳米材料的可控制备、性能调控及其实际应用方面，研究成果包括提出了利用单个无机纳米粒子作为构筑单元，通过调控纳米粒子内在的物理化学性质以及相互作用，自组装构筑结构可控纳米粒子集合体的理论；通过调控纳米粒子表面稳定剂的类型、表面密度、手性等系统设计和构建了具有特殊光学性质的一维、二维、三维及多维度组装体以及纳米粒子超结构，为将来功能纳米材料及其器件的制备及应用提供了依据与理论基础；在环境防护和能源有效利用等方面取得了一些很有科学价值和应用前景的成果。目前，作为一作或通讯作者在国际期刊发表相关研究论文160余篇，其中在影响因子大于10的学术期刊上发表论文60余篇，研究成果多次被国际新闻媒体和学术期刊如The New York Times、The Washington Times、Nature、Science News、Chemical & Engineering News等专题报道。

内页插图

目录

第1章绪论001
1.1　对称性与手性 002
1.2　手性与生命 006
1.3　手性起源与对称性破缺 007
1.4　手性放大 015
1.5　手性传递与转移 021
1.6　手性的表征方法 022
1.6.1　圆二色吸收光谱 023
1.6.2　圆二色振动光谱 030
1.6.3　圆二色荧光光谱 035
参考文献 040

第2章手性超分子材料043
2.1　手性超分子简介 044
2.2　分子间弱相互作用力 045
2.3　凝胶因子诱导超分子手性 046
2.3.1　手性凝胶因子自组装 047
2.3.2　手性分子诱导的手性超分子体系 051
2.4　手性放大 058
2.4.1　分子类似物诱导的手性放大 059
2.4.2　二元体系中的手性放大 060
2.4.3　纳米尺度上手性放大 061
2.5　手性记忆 062
2.5.1　非共价键诱导形成的螺旋聚合物中的手性记忆 062
2.5.2　J或H聚集体的手性记忆效应 064
2.5.3　配位化合物手性笼子中手性记忆效应 064
2.6　自发对称性破缺和非手性分子构建的手性超分子体系 065
2.6.1　液晶和香蕉形分子 065
2.6.2　溶液体系和胶束 067
2.6.3　凝胶系统 070
2.6.4　空气/水界面和LB薄膜 070
2.6.5　超分子手性的控制 072
2.6.6　外消旋组装 073
参考文献 074

第3章手性聚合物材料077
3.1　手性高分子 078
3.1.1　手性单体聚合 078
3.1.2　手性环境诱导 082
3.1.3　手性液晶高分子 086
3.2　金属-有机框架化合物 091
3.2.1　MOFs简介 091
3.2.2　手性MOFs 093
3.2.3　手性MOFs的合成方法 094
3.3　手性水凝胶 100
3.3.1　手性水凝胶的制备 101
3.3.2　手性水凝胶的应用 104
参考文献 106

第4章手性机纳米材料111
4.1　手性贵金属纳米材料 112
4.1.1　手性贵金属纳米团簇 112
4.1.2　手性等离子体纳米材料 121
4.1.3　物理方法构建的贵金属手性结构 137
4.2　手性半导体纳米材料 143
4.2.1　概述 143
4.2.2　手性半导体纳米材料的研究现状 145
4.2.3　手性半导体纳米材料的潜在应用 148
4.2.4　总结和展望 152
参考文献 152

第5章手性孔道纳米材料157
5.1　手性分子筛 158
5.2　机手性二氧化硅 161
5.2.1　简介 161
5.2.2　凝胶因子制备机手性二氧化硅 163
5.2.3　表面活性剂制备机手性二氧化硅 168
5.3　手性金属氧化物 173
参考文献 176

第6章手性纳米材料的应用179
6.1　手性纳米材料的检测与识别应用 180
6.2　手性纳米材料的生物安全效应 185
6.3　总结与展望 187
参考文献 188

索引 189

前言/序言

手性是自然界广泛存在的现象，在化学、药理学、生物学和医学等领域扮演着重要的角色。若分子法与其镜像重合，称为手性分子。结构成镜像对称的分子即手性对映异构体。在分子尺度，物质的左旋和右旋对生命活动起着至关重要的作用。例如，生物体内的氨基酸、糖类和核酸等都具有单一的手性结构。在药学方面，某些分子的左旋或右旋异构体具有完全相反的药理作用和毒性，为避免手性药物产生的不良影响，手性药物的对映选择性合成是药学领域的研究热点。因此，研究物质手性在生命起源、化学反应、疾病治疗中的作用，具有重要的科学和实用价值。时至今日，分子尺度的研究已经较为成熟，对手性的研究和探索不断促进不同领域科学和技术的进步，尤其在纳米科学领域。
自20世纪90年代以来，纳米材料的制备和表征有了巨大的发展。纳米材料展现出基于尺寸效应的优异的物理和化学性能。纳米材料的研究热潮激发了研究人员对于纳米尺度手性的兴趣。当手性由分子尺度延伸到纳米尺度，由于纳米材料的结构和性质的可设计性，手性纳米材料表现出独特而丰富的手性效应。通过构建手性纳米材料，打破传统纳米结构的高对称性，将为化学合成、手性传感、催化和以超材料为基础的先进光学器件的发展提供新机遇。近年来，国内外研究人员致力于探索手性纳米材料的制备方法、表征技术及其在化学、物理、光学或生物学领域的新效应，挖掘纳米尺度的手性新概念，开展了系统深入的研究工作，并已经取得了诸多激动人心的成果。过去十年来，笔者研究团队在手性机纳米材料的手性起源和光学性质方面也开展了一系列的研究工作，并致力于探索手性纳米材料在分离、催化、传感及生物治疗等方面的应用。为了促进国内纳米科学的发展，尤其是手性纳米科学领域的研究，笔者在阅读大量文献的基础上，整理、归纳了目前国内外手性纳米材料领域的重要进展，结合团队研究成果，撰写了本书。
本书从纳米尺度的手性基本概念出发，逐一介绍了手性纳米材料的构建方法、表征手段及其表现出来的独特的手性效应。第1章从手性的定义出发，介绍了手性的起源、产生、传递和放大以及手性的表征手段。第2章介绍了凝胶因子诱导的手性超分子体系、手性放大、手性记忆以及自发对称性破缺等特殊的手性超分子体系。第3章主要介绍三大类手性聚合物材料——手性高分子材料、金属-有机框架化合物以及手性水凝胶材料。第4章总结了现有的手性机纳米材料，主要涉及手性贵金属纳米材料和手性半导体纳米材料，并对不同手性机纳米材料的构建方式及手性来源进行了详细的介绍。第5章对现有报道的手性孔道纳米材料进行了分类和总结，并逐一介绍了手性孔道纳米材料的设计理念和构造方法。第6章结合具体实例介绍了手性纳米材料在检测和识别中的应用，并探讨了手性纳米材料的生物纳米安全效应。
本书的完成是笔者研究团队的共同努力，在此对郭俊博士、石林博士、侯珂博士、郝昌龙博士、韩冰博士、高小青博士和郑永龙博士表示感谢。化学工业出版社在本书的编审、校对等方面做了大量的工作，在此表示感谢。
由于编者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请同行专家及读者批评指正。

唐智勇
2017年6月

《光影织梦：微观世界的奇迹》 摘要： 本书将带领读者踏上一段穿越时空、探索物质最深层奥秘的非凡旅程。我们将聚焦于那些超越我们日常感官认知、却又深刻影响着我们世界的微观结构——纳米材料。这不是一本枯燥的科学论文集，而是一次充满想象力和启发性的探索，旨在揭示纳米材料在塑造未来科技、改善人类生活以及理解宇宙本质方面的无限潜力。我们将摒弃冰冷的公式和晦涩的术语，用生动形象的语言和引人入胜的故事，将这个微观领域的奇迹展现得淋漓尽致。 内容梗概： 第一章：微观世界的召唤 什么是“纳米”？ 我们将从一个通俗易懂的比喻开始，解释纳米尺度的概念，以及它为何如此特别。想象一下，将一根头发丝缩小一万倍，你就会窥见纳米世界的冰山一角。我们将通过对比，让读者直观感受微观与宏观的巨大差异，理解为何在纳米尺度下，物质会表现出截然不同的性质。 历史的回响： 追溯人类对微观世界的探索历程，从早期对物质基本构成的猜想，到显微镜的发明，再到量子力学的诞生，每一次飞跃都为我们打开了通往更深层次理解的大门。我们将重点讲述那些奠定纳米科学基础的关键性发现和思想家，展示科学思维是如何一步步走向对纳米材料的认识。 为何是纳米？ 探索为什么在纳米尺度下，材料会展现出“量子效应”和“表面效应”，这些奇特的现象如何赋予了纳米材料前所未有的性能。我们将用通俗的语言解释这些概念，例如，为什么小小的金纳米颗粒会有绚丽的色彩，而大块的金却是金黄色的；为什么某些纳米材料在特定条件下会表现出超乎寻常的强度或导电性。 第二章：构建纳米世界的艺术 “自下而上”的精巧： 介绍如何像搭积木一样，从原子和分子层面开始，精确控制地“构建”出具有特定结构和功能的纳米材料。我们将讲述多种“自下而上”的制备方法，例如化学合成法、自组装技术等，通过生动的图示和类比，展现科学家如何如同技艺精湛的工匠，雕琢微观世界的每一个细节。 “自上而下”的巧思： 探讨如何将宏观材料“切割”、“研磨”至纳米尺度，形成所需的纳米结构。我们将介绍物理方法，如光刻、机械研磨等，以及它们在制备特定形貌纳米材料时的应用。 纳米材料的多样性： 介绍不同形貌的纳米材料，如纳米颗粒、纳米线、纳米管、纳米片、纳米多孔材料等，并简要说明它们各自独特的结构特点和潜在应用。我们将用形象的比喻来描述这些形貌，例如，纳米线如同微小的导线，纳米管则像微型的管道。 第三章：纳米材料的“超能力” 光学奇迹： 探索纳米材料在光学领域的革新，包括其在新型显示技术、高效太阳能电池、光学传感器、甚至伪装和防伪技术中的应用。我们将揭示为何纳米材料能够操控光线的行为，产生出令人惊叹的光学现象，例如，虹彩效应、等离子体共振等。 电子的狂想曲： 深入了解纳米材料在电子器件和信息技术中的革命性作用。我们将介绍纳米材料如何实现更小、更快、更节能的电子元件，例如，高性能晶体管、新型存储器、量子计算的基石等。 催化的智慧： 阐释纳米材料作为高效催化剂，如何加速化学反应，降低能耗，减少污染，在环境保护、能源转化和精细化工等领域发挥关键作用。我们将以更易于理解的方式讲解催化机理，以及纳米材料为何能够成为超级催化剂。 医学的希望： 揭示纳米材料在医药领域的巨大潜力，包括靶向药物递送、疾病诊断、医学成像、以及组织工程等。我们将探讨纳米载体如何精准地将药物送达病灶，以及纳米探针如何早期发现疾病的迹象。 第四章：跨越边界的未来 能源的曙光： 展望纳米材料在解决全球能源危机中的关键作用，例如，更高效的储能技术（电池）、清洁能源的转化（如氢能）、以及节能材料的开发。 环境的守护者： 探讨纳米材料在水净化、空气污染治理、以及可持续材料开发方面的应用，为构建绿色、可持续的未来提供解决方案。 智能的涌现： 畅想纳米材料如何驱动智能材料和智能系统的发展，例如，自修复材料、形状记忆合金、以及能够感知和响应环境变化的智能传感器。 挑战与伦理： 审慎地探讨纳米材料发展过程中可能面临的挑战，包括规模化生产的瓶颈、潜在的环境和健康风险，以及相关的伦理和社会问题。我们将强调负责任的创新和可持续发展的重要性。 结语： 《光影织梦：微观世界的奇迹》不仅仅是一本书，它是一扇窗，一扇通往无限可能性的窗户。通过这本书，我们希望点燃读者对科学的好奇心，激发他们对未来的想象，并鼓励更多人参与到这场宏伟的探索之中。微观世界的奇迹正在等待我们去发现、去创造、去实现。

评分☆☆☆☆☆

《纳米材料前沿——手性纳米材料》一书，对于我这样长期关注催化领域的读者来说，是一次非常宝贵的学习经历。我之前对催化剂的研究，主要集中在活性位点的设计、载体材料的选择等方面，但这本书让我看到了“手性”在催化中的独特作用。书中详细介绍了如何利用手性纳米材料来实现不对称催化，即在化学反应中，能够选择性地生成某种特定手性的产物。这对于制药、精细化工等行业至关重要，因为很多药物和生物活性分子都具有特定的手性，只有特定手性的分子才具有所需的生理活性。书中列举了多种手性催化剂的实例，例如基于手性金纳米颗粒、手性金属有机框架（MOFs）等的催化体系，以及它们在不对称氢化、不对称氧化等反应中的优异表现。我特别欣赏书中对催化机理的深入探讨，解释了手性是如何影响反应的过渡态，从而实现产物的手性选择性的。这不仅仅是简单的“搭个架子”，而是对化学反应过程的深刻理解和精妙调控。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，不仅仅在于它提供了大量前沿的科学知识，更在于它激发了我对材料科学领域更深层次的思考。我之前以为，纳米材料的研究已经进入了一个相对成熟的阶段，但《纳米材料前沿——手性纳米材料》让我看到了一个充满活力和无限可能的全新方向。我开始思考，除了我在这本书中看到的这些应用，是否还有更多隐藏在“手性”背后的可能性？例如，在能源领域，手性纳米材料是否能够提升太阳能电池的效率？在环境领域，它们是否能够帮助我们更有效地净化污染物？这些问题，虽然没有在书中得到直接的解答，但这本书所带来的启发，却足以让我开始探索这些新的研究领域。我感觉，这本书就像一扇窗户，让我窥见了材料科学的未来，而这扇窗户，正引领着我走向更广阔的探索之路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的图文并茂，让我深深体会到了“可视化”在理解复杂科学概念中的重要性。我脑海中关于手性纳米材料的形象，不再是抽象的文字符号，而是由精美的示意图、真实的显微照片以及结构模型所构建的生动画面。书中关于手性纳米粒子在光学响应方面的展示，比如它们如何与偏振光发生相互作用，产生颜色变化或者偏振度的改变，都通过清晰的图示得以呈现。我尤其喜欢书中关于手性金属纳米结构的等离激元共振分析，那些不同形状、不同手性的纳米粒子在吸收和散射光时的细微差别，通过模拟计算和实验结果的对比，被展现得淋漓尽致。这种直观的呈现方式，极大地降低了我理解这些前沿概念的门槛。我感觉自己仿佛置身于一个微观的手性世界，亲眼目睹着这些纳米结构如何与光、与物质发生着奇妙的互动。

评分☆☆☆☆☆

《纳米材料前沿——手性纳米材料》一书，为我打开了探索新型传感技术的大门。我之前对传感器的理解，主要集中在响应的灵敏度和选择性上，但这本书让我意识到，引入“手性”元素，能够为传感器带来全新的维度。书中详细介绍了如何利用手性纳米材料构建高灵敏度的手性识别传感器。例如，通过手性纳米粒子与特定手性分子的相互作用，导致其光学性质（如颜色、荧光、圆二色性）发生变化，从而实现对目标分子的精准检测。这对于食品安全检测、环境监测，甚至生物标记物的检测，都具有重要的意义。我尤其对书中关于手性纳米材料在疾病诊断方面的应用感到兴奋，例如检测血液或尿液中的手性生物分子，这有望实现疾病的早期、无创诊断。书中对不同类型手性纳米传感器（如等离激元传感器、荧光传感器、电化学传感器）的原理和应用进行了详细的阐述，让我对这一领域有了全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的震撼，在于它颠覆了我对传统材料认识的固有框架。我一直以为纳米材料的创新主要集中在尺寸减小带来的量子效应或者巨大的比表面积上，但《纳米材料前沿——手性纳米材料》则将视角聚焦在了材料本身的“手性”。我花了很长时间去理解，为什么一个微小的、不对称的结构，能够对光产生如此大的影响。书中对圆二色性（CD）和圆偏振发光（CPL）的详尽阐述，让我恍然大悟。这些现象，在宏观世界中并不常见，但在手性纳米材料的世界里，它们却成为了可能实现的新型光学器件的基础。例如，书中提到的利用手性纳米结构构建高效的圆偏振光源，这对于3D显示、信息加密、甚至是新型光通信技术来说，都具有划时代的意义。我很难想象，通过精确控制材料的“手性”，我们能够“筛选”特定偏振方向的光，或者“制造”出特定手性的光。这种对光与物质相互作用的精妙操控，是之前我从未深入思考过的。而且，书中不仅仅停留在理论层面，还列举了大量的实验实例，比如基于手性等离激元纳米结构的超灵敏圆二色性检测，以及在不对称催化领域的突破，这些都让我看到了手性纳米材料巨大的实际应用潜力。

评分☆☆☆☆☆

阅读《纳米材料前沿——手性纳米材料》的过程，与其说是学习，不如说是一场思维的拓展之旅。我之前对纳米材料的理解，更多停留在“无序”或“有序”的大背景下，但这本书让我看到了“不对称”所蕴含的巨大能量。尤其是关于手性纳米材料在生物医学领域的应用，让我感到非常兴奋。书中详细介绍了如何利用手性纳米粒子作为药物载体，精准地将药物递送到病变部位，减少副作用，提高疗效。更让我着迷的是，手性纳米材料在疾病诊断方面的应用。想象一下，通过检测生物样本中是否存在特定手性的分子，或者利用手性纳米传感器来识别疾病标志物，这无疑能大大提升疾病诊断的早期性和准确性。书中对于手性纳米材料在生物成像方面的探讨，也让我眼前一亮。如何利用手性增强的信号，更清晰地观察细胞内部结构，或者追踪生物分子的运动，这些都为未来的生物医学研究打开了新的大门。我甚至觉得，这本书不仅仅是给材料科学家看的，也应该给生物学家、医学家们推荐，让他们了解这种新型材料可能带来的革命性改变。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑结构给我留下了深刻的印象，它循序渐进地引导读者从基础概念走到前沿应用。我一开始对“手性”在纳米材料中的具体意义感到困惑，但随着阅读的深入，特别是书中对各种手性纳米材料的合成方法、表征手段以及结构-性能关系的详细阐述，我逐渐构建起了一个清晰的认识体系。比如，书中对“螺旋形”、“扭曲形”、“手性超晶格”等结构的描述，以及如何通过自组装、模板法等手段来精确制备这些结构，都让我对纳米材料的“制造工艺”有了全新的认识。我之前总觉得纳米材料的合成是很随机的，但这本书让我看到，原来我们可以通过精巧的设计，赋予纳米材料独特的“手性姿态”，并以此来调控其宏观性质。而且，书中对不同手性材料在不同领域的应用案例分析，比如手性金属纳米粒子在表面增强拉曼光谱（SERS）中的增强效应，以及手性半导体纳米材料在光电转换中的不对称性，都让我看到了其应用的广阔前景。

评分☆☆☆☆☆

《纳米材料前沿——手性纳米材料》一书，让我对材料的“功能化”有了更深层次的理解。我之前认为，材料的功能主要来源于其本身的组成和结构，但这本书让我看到，材料的“手性”，这种看似微小的“不对称性”，却能赋予材料全新的、甚至是意想不到的功能。书中关于手性纳米材料在液晶显示、非线性光学、以及光存储等领域的应用，都让我眼前一亮。例如，利用手性纳米材料来调控液晶的扭曲模式，从而实现更清晰、更生动的显示效果。或者利用手性诱导的非线性光学效应，实现光信号的转换和处理。这些应用，都建立在对手性纳米材料独特光学性质的深刻理解和巧妙利用之上。我感觉，这本书不仅仅是在介绍材料，更是在介绍一种全新的“设计理念”，一种通过精妙的微观结构设计，来实现宏观功能飞跃的理念。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《纳米材料前沿——手性纳米材料》之前，我其实对“手性”这个概念在材料科学领域的具体应用了解得不多。我之前的阅读范围主要集中在宏观材料的性能调控，比如强度、韧性、导电性之类的，这些是比较直观的。手性，在我过去的概念里，更多的是生物学上的，比如DNA双螺旋、蛋白质的折叠，或者是化学中一些分子的立体结构。所以，当我看到这本书的书名时，内心是充满好奇和一丝丝不确定感的。我想知道，这种微观层面的“不对称性”，究竟是如何被应用到纳米材料的设计和功能开发中的，并且它又能带来哪些令人惊喜的前沿突破。我尤其期待书中能够深入浅出地解释清楚，将那些复杂的概念转化为我可以理解的图景，让我看到手性纳米材料在光学、催化、传感，甚至是生物医药等领域可能扮演的角色。我希望这本书不仅仅是罗列研究成果，更能引导我思考，在看似无差别的纳米世界里，如何通过引入这种“左手性”或“右手性”的特性，实现前所未有的功能调控，甚至开启全新的应用维度。这本书的封面设计也给我留下了深刻的印象，那种流动的、仿佛在旋转的图案，似乎就在暗示着手性的概念，让人在未翻阅内容之前就产生了一种期待感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常严谨，同时又充满了探索的激情。即使在探讨非常专业的概念时，作者也力求做到清晰和准确。我感觉，作者不仅仅是在陈述事实，更是在引导读者去思考，去质疑，去发现新的可能性。我尤其欣赏书中在介绍前沿研究成果时，会适当地引入一些挑战和未解决的问题，这让我明白，科学研究是一个不断探索和进步的过程，而不是一蹴而就的终点。这种开放性的讨论，反而激发了我更多的思考。比如，书中提到在可控合成手性纳米材料时，如何精确控制其手性手柄的长度、密度和分布，以及如何实现大批量、低成本的制备，这些都是目前面临的挑战。了解这些挑战，也让我对未来的研究方向有了更清晰的认识。