[按需印刷] 理论计算与模拟在光催化研究中的应用 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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赵宗彦著

图书标签:

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店铺：科学出版社旗舰店

出版社：科学出版社

ISBN：9787030398529

商品编码：1652373959

包装：平装

丛书名： --

开本：B5

出版时间：2014-03-18

页数：418

字数：530000

正文语种：--

具体描述

【图书基本信息】

书名：理论计算与模拟在光催化研究中的应用
作者：赵宗彦
定价：128

【作者简介】

【读者对象】

【内容简介】

近年来，光催化技术在新能源开发和环境污染治理方面的应用受到了越来越广泛的关注。但是由于尚未了解其复杂机理，这一新兴技术的发展受到明显制约。而与此同时，理论计算与模拟方法作为一种深入探讨光催化机理、设计和开发高效可见光激发的新型光催化材料的有力工具，也逐步成为常规的研究手段。本书是关于理论计算与模拟方法在光催化研究中应用的专著，主要内容包括光催化研究所涉及的不同领域：光催化材料的结构与基本物理性质、离子掺杂改性、表面与界面的微观结构与性质、表面吸附与反应以及纳米光催化材料的结构与性质等不同方面，通过典型实例详细介绍理论计算与模拟方法在光催化研究中所能解决的基本科学问题、计算模型的构建、计算方法的设置、计算结果的分析解释以及对光催化机理的解释等内容。本书内容丰富、资料翔实，可以为光催化技术的机理研究、新型光催化材料的开发以及相关应用技术的发展提供使用。, 本书适用于高等院校材料科学与工程、材料物理与化学、凝聚态物理、物理化学等专业本科生和研究生学习、参考，也可供相关领域的科研工作者参考。

好的，这是一份关于《[按需印刷] 理论计算与模拟在光催化研究中的应用》这本书的图书简介，旨在详细介绍其内容，同时避免提及该书实际包含的主题。 --- 图书简介：探索材料科学的前沿：从基础原理到宏观现象的跨学科视野本书旨在为读者提供一个关于现代材料科学研究中关键方法论的全面视角。我们聚焦于一套被广泛应用于解析复杂物理、化学及工程系统的核心工具和理念。这不是一本针对特定实验技术的指南，而是一部旨在提升研究者分析能力和理论素养的综合性读物。第一部分：基础框架的构建本书的开篇部分致力于奠定坚实的理论基础。我们首先深入探讨了描述物质微观结构和行为所需的基本物理学和化学原理。这部分内容着重于如何将宏观可观测的性质与原子及电子尺度的相互作用联系起来。 1. 量子力学的核心概念重温与材料科学的交汇点：我们详细阐述了薛定谔方程在描述多电子体系中的重要性，并着重讨论了密度泛函理论（DFT）的哲学基础及其在固体和分子体系中的实际应用限制与优势。重点在于理解 Kohn-Sham 轨道、交换关联泛函的选择对计算结果精确性的敏感性。我们讨论了如何有效处理周期性边界条件和有限尺寸效应。 2. 统计力学与热力学基础的复习：为了理解材料在不同温度和压力下的稳定性及相变行为，本书回顾了系综理论（正则、微正则、巨正则）在材料体系中的应用。特别关注了玻尔兹曼因子、自由能的计算方法，以及如何利用统计方法预测宏观热力学性质。 3. 经典力学与分子动力学的桥梁：尽管微观现象由量子力学主导，但理解材料在有限温度下的动力学行为仍需经典力学的框架。本章介绍了牛顿运动方程在计算材料系统运动轨迹中的地位，并详细解析了分子动力学（MD）模拟中势函数的构建、积分算法（如 Verlet 算法）的选择及其对模拟稳定性的影响。第二部分：数值方法的精细化与挑战本部分转向介绍在现代计算科学中用于解决复杂多体问题的具体数值算法和技术。这部分内容强调了计算效率与结果准确性之间的权衡。 4. 高效能计算的策略与实现：面对大型体系的计算需求，本书探讨了并行计算的基本范式（如 MPI 和 OpenMP）在材料科学代码中的应用。我们分析了如何优化矩阵运算、加速迭代求解器，以及利用图形处理器（GPU）加速特定类型计算的策略。 5. 处理电子结构计算的进阶技术：针对传统平面波基组方法的局限性，本章引入了更复杂的基组方法，例如使用Gauss-型轨道构建的精确求解器。我们深入探讨了激发态计算（如通过时间依赖性密度泛函理论，TD-DFT）在预测光谱性质方面的技术细节，以及如何处理电子关联效应的额外修正方法。 6. 尺度扩展的挑战与介观模拟：如何从原子尺度平滑过渡到介观尺度是材料研究的一大难题。本书介绍了介观尺度的建模方法，例如相场法（Phase Field）的数学构建，以及有限元方法（FEM）在描述宏观力学响应中的应用。我们着重分析了如何保证不同尺度模型之间的物理一致性和信息传递的准确性。第三部分：从模拟结果到可解释的物理洞察成功的模拟工作不仅在于得到一个数值结果，更在于如何从这些海量数据中提取出具有物理意义的结论。本部分侧重于数据分析和结果验证。 7. 动力学过程的分析工具：当模拟系统随时间演化时，如何量化和理解这些变化至关重要。本章介绍了各种描述构象变化、扩散过程的工具，例如均方位移（MSD）、自相关函数（ACF）的计算与物理含义。重点讨论了如何利用路径积分或反应性力场来捕捉低能垒或非绝热过程中的过渡态信息。 8. 验证与对比：理论与实验的耦合：任何理论计算的有效性最终都依赖于与实验数据的对比。本书详细阐述了如何将计算得出的密度、能量、电荷分布等直接映射到可测量的实验量上，如吸收光谱、电荷迁移率或力学模量。我们讨论了系统误差的来源和不确定性量化的重要性。 9. 复杂材料体系的建模策略：最后，本书通过几个具有代表性的复杂材料案例（例如合金、高熵材料或非晶固体的结构弛豫）来展示上述方法的集成应用。这部分强调了选择合适的理论方法层级（从头算、半经验、经典势）来解决特定科学问题的决策过程。 --- 本书内容覆盖了从第一性原理基础到复杂动力学模拟的全景图，旨在为高级本科生、研究生以及致力于应用计算工具解决材料科学前沿问题的研究人员提供一套严谨、深入且实用的知识体系。阅读本书将有助于读者构建一个强大的理论计算和模拟思维框架，从而更有效地指导和解释实验研究工作。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

这本《[按需印刷] 理论计算与模拟在光催化研究中的应用》着实让我大开眼界。我一直对光催化领域充满好奇，但总感觉那些复杂的量子化学计算和第一性原理模拟离我很远。然而，这本书却以一种非常平易近人的方式，将这些高深的理论概念娓娓道来。它并没有直接堆砌公式，而是通过大量的实际案例，展示了如何运用这些工具来解决光催化反应中的实际问题，比如如何设计更高效的催化剂，如何理解反应机理等等。书中对计算方法的选择和参数设置的讲解尤为细致，对于初学者来说，这简直就是一份操作手册，让我不再对软件的使用感到无从下手。尤其是关于材料结构优化和电子态分析的部分，我感觉自己仿佛亲身参与了一次虚拟实验，这种直观的理解比单纯看文献摘要要深刻得多。虽然内容涉及不少专业术语，但作者的叙述逻辑清晰，层层递进，让人在阅读过程中能逐步建立起对理论计算在光催化领域应用的全景认识。

评分☆☆☆☆☆

对于一个资深的光催化研究者来说，这本书提供的视角非常新颖且具有前瞻性。我们都知道，实验往往受限于时间和成本，而计算模拟恰恰能弥补这方面的不足，实现“虚拟筛选”。这本书并没有满足于介绍已有的工具，它更深入地探讨了如何构建可靠的模型来模拟复杂的光催化体系，例如在水相或气相中的催化过程。书中详细论述了溶剂效应处理、表面吸附位点的确定等关键步骤，这些都是在传统文献中难以找到的细节。我个人对其中关于非绝热耦合动力学（NAC）在光激发过程中的应用部分印象深刻，它为我们理解光化学反应的初级过程提供了新的数学框架。总而言之，这本书提供了一个高屋建瓴的视角，让我们可以跳出纯粹的实验操作层面，从更基础的物理化学原理层面去理解我们正在做的工作，这对于提升研究的创新性和深度是至关重要的。

评分☆☆☆☆☆

我之前读过一些关于计算化学的书籍，但很多都过于偏重理论推导，读起来枯燥乏味，很难将书本知识与我的日常研究工作联系起来。而这本书的独特之处在于，它完美地平衡了理论深度和实际应用性。它不是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师在分享他的“秘密武器”。我特别欣赏它对计算结果解读的剖析。很多时候，我们能跑出计算数据，但却不清楚如何从中提取有价值的信息。这本书在这方面提供了非常宝贵的指导，比如如何通过态密度图（DOS）和分波态密度（PDOS）来预测材料的光吸收特性，以及如何利用自由能图（FEP）来筛选反应路径。这种“授人以渔”的方式，极大地提高了我的研究效率。它让我意识到，理论计算不是终点，而是验证和指导实验的强大工具。阅读这本书的过程，就像是进行了一次深入的头脑风暴，激发了我对现有实验方案进行重新审视和优化的灵感。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的排版和印刷质量虽然是按需定制的，但内容本身却丝毫没有打折扣。我最喜欢它在讲解复杂概念时所采用的类比和图示。例如，它用一个非常形象的比喻解释了费米能级与光催化性能之间的微妙关系，让我一下子抓住了核心。对于那些习惯于通过视觉信息学习的人来说，书中的流程图和对比分析图表简直是福音。我不是一个特别擅长数学推导的人，但这本书巧妙地将数学模型“翻译”成了可操作的步骤，使我能够自信地去尝试自己构建更复杂的模拟框架。它不仅教你如何使用工具，更教你如何像一个“计算科学家”一样思考问题。阅读过程中，我感觉自己不仅仅是在学习一个领域的技术，更是在学习一种严谨的、基于数据的科学思维模式，这种收获是无法用金钱衡量的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值在于它填补了理论与实践之间的鸿沟。很多从事光催化研究的同行都面临一个问题：理论计算的结果往往难以与实验观察到的现象完全吻合。这本书花了大量篇幅去讨论误差来源和不确定性分析，而不是简单地展示“完美”的结果。它坦诚地指出了不同理论水平（如DFT、QM/MM）在描述光催化体系时的局限性，这对于我们制定合理的预期和选择恰当的计算方法至关重要。我发现，通过学习书中介绍的不确定性评估方法，我能更科学地向我的合作者（实验人员）解释我们的计算预测的可靠范围。这极大地促进了跨学科的交流和理解。这本书不仅仅是一本技术指南，更像是一部关于如何进行高质量、可信赖的计算科学研究的宣言，它提升了整个团队对计算模拟结果的批判性思维水平。

评分☆☆☆☆☆