新型納米光催化材料：製備、錶徵、理論及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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潘春旭 等 著

圖書標籤:

• 納米光催化
• 光催化材料
• 納米材料
• 新型材料
• 材料科學
• 催化
• 環境科學
• 化學
• 能源
• 錶徵技術

店鋪： 蛋蛋圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030544551

商品編碼：18256311876

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-09-01

基本信息

書名：新型納米光催化材料：製備、錶徵、理論及應用

定價：249.00元

作者：潘春旭 等

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2017-09-01

ISBN：9787030544551

字數：

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝-膠訂

開本：128開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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隨著工業社會的不斷發展，環境汙染和能源短缺成為21世紀首先需要解決的問題。在眾多環境汙染治理方法中，基於納米氧化物的光催化技術被認為是未來環境淨化的主流技術。它具有節能、高效、綠色環保的優勢，在去除空氣中有害物質、廢水中有機汙染物的光催化降解，以及除臭、殺菌和防黴等方麵都有重要應用前景。本書是依據作者所在課題組近10年來在科技部國傢重大科學研究計劃（973）項目的支持下在納米光催化材料領域的研究成果撰寫而成的一本專著。本書較為全麵係統地介紹瞭納米光催化材料的製備、錶徵、機理、理論計算、性能和應用等內容。章主要介紹瞭納米TiO2的結構、製備、性能和應用；第2章簡要介紹瞭微弧氧化技術及其在TiO2薄膜製備和光催化領域的應用；第3章至第32章按照納米光催化材料的製備、性能、錶徵和理論順序撰寫。附錄一綜述瞭目前發展的先進光催化錶徵和測試技術。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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《光催化領域的前沿探索：環境淨化與能源轉化的科學之旅》 本書並非一本介紹“新型納米光催化材料：製備、錶徵、理論及應用”的書籍。相反，它旨在以一種更宏觀、更具普適性的視角，深入探討光催化科學在現代社會所麵臨的關鍵挑戰與機遇，以及該領域不斷湧現的創新思路與研究方嚮。本書將引導讀者穿越光催化研究的浩瀚星海，從基礎原理齣發，逐步揭示其在解決環境汙染和能源危機等全球性問題中的巨大潛力，並展望其未來的發展趨勢。 第一章：光催化之基石——原理與機理的深度解析 在本章中，我們將跳脫具體材料的束縛，專注於光催化現象背後的普適性科學原理。首先，我們將從“光”的本質齣發，闡述其如何與半導體材料發生相互作用。這包括對光子能量、波長與半導體禁帶寬度關係的深入探討，理解光吸收是光催化反應的起點。隨後，我們將詳細解析載流子的産生、分離與遷移過程，這是實現光催化活性的核心環節。我們將介紹電子-空穴對的形成機製，以及不同材料中載流子分離效率的差異，並深入探討影響這一過程的關鍵因素，如材料的晶體結構、缺陷態、錶麵形貌以及異質結的構建。 接著，本書將聚焦於光生載流子如何參與催化反應。我們將深入分析電子和空穴在氧化還原反應中的作用，以及它們如何與吸附在催化劑錶麵的反應物（如水、氧氣、汙染物分子等）發生化學轉化。我們將詳細介紹自由基的産生機製，特彆是羥基自由基（•OH）和超氧自由基（•O₂⁻）在降解有機汙染物中的關鍵作用，並探討它們的生成途徑與反應活性。此外，我們還將觸及光催化過程中的錶麵吸附與脫附動力學，理解反應物與催化劑錶麵相互作用的強度和方式如何影響反應速率。 為瞭更直觀地理解光催化機理，我們將引入一係列重要的概念，例如： 能帶工程： 探討如何通過調節半導體材料的能帶結構來優化光吸收和載流子分離，包括同質結、異質結的形成原理，以及摻雜、錶麵修飾等策略。 缺陷工程： 分析材料中本徵缺陷（如氧空位）和外在缺陷（如摻雜引起的缺陷）對光催化性能的影響，包括它們如何影響載流子濃度、復閤中心以及錶麵活性位點的形成。 錶麵科學： 強調催化劑錶麵結構、形貌、比錶麵積以及錶麵活性位點對光催化效率的重要性，並介紹理解這些微觀結構的技術手段。 反應動力學： 簡要介紹描述光催化反應速率和轉化率的動力學模型，幫助理解影響反應效率的宏觀因素。 通過對這些基礎原理和核心概念的深入解析，本章將為讀者構建一個堅實的理論框架，為後續深入理解各種光催化材料及其應用奠定堅實的基礎。 第二章：邁嚮高效——光催化材料的設計理念與策略 在理解瞭光催化基本原理之後，本章將轉嚮如何設計和開發更高效的光催化材料。我們將聚焦於材料設計中的核心理念，即如何通過精巧的結構調控和組分優化來提升光催化性能。 首先，我們將探討“多組分協同”的設計思路。這包括： 異質結的構建： 詳細闡述不同半導體材料之間形成異質結所帶來的優勢，如能帶錯位引起的內建電場有效分離載流子，以及不同材料之間優良的氧化還原電位匹配。我們將介紹常見的異質結類型，如I型、II型和Z型異質結，並分析它們在促進載流子分離和提升光電轉化效率方麵的機製。 單原子催化劑（SACs）： 介紹將單個金屬原子分散到載體材料上形成單原子催化劑的策略。這種設計能夠最大化利用貴金屬的催化活性，並提供獨特的電子結構和催化活性位點，特彆是在氧化還原反應中錶現齣優異的性能。 量子點（QDs）的集成： 探討如何將具有獨特光物理性質的量子點作為助催化劑或功能組分引入光催化體係。量子點能夠有效拓寬吸收光譜範圍，提高光捕獲效率，並可能促進載流子的注入和分離。 金屬-半導體復閤： 分析貴金屬（如Au, Ag, Pt）在半導體錶麵沉積所帶來的錶麵等離激元共振（SPR）效應，這種效應能夠增強局域電場，提高光吸收，並促進電子注入，從而顯著提升光催化活性。 其次，本章將深入探討“結構調控”的重要性。 納米結構設計： 強調納米尺寸對光催化材料性能的決定性影響。我們將介紹各種納米形貌（如納米顆粒、納米綫、納米片、介孔結構、多孔骨架等）的設計理念，以及它們如何影響比錶麵積、活性位點密度、載流子傳輸以及光傳播。 缺陷工程的深化： 在此基礎上，我們將更深入地討論如何通過精確控製材料的本徵缺陷（如氧空位、晶格畸變）和引入外在缺陷來優化電子結構和催化活性。例如，氧空位可以作為儲存氧氣和活化氧分子的位點，並可能改變材料的導電性和載流子注入效率。 錶麵官能團修飾： 探討通過在催化劑錶麵引入特定的官能團（如羥基、羧基、氨基等）來增強對目標反應物的吸附能力，提高反應物轉化率，或作為新的活性位點參與催化反應。 最後，我們將討論“功能集成”的設計策略，即如何將光催化功能與其他功能（如吸附、分離、抗菌等）集成到同一材料中，實現協同效應，從而解決更復雜的問題。 通過本章的學習，讀者將能夠理解當前光催化材料設計中的主流思想和前沿策略，為進一步探索和開發高性能光催化材料提供思路。 第三章：環境淨化的守護者——光催化在水處理與空氣淨化中的應用 本章將聚焦於光催化技術在解決當前緊迫的環境汙染問題中的實際應用，特彆是其在水處理和空氣淨化方麵的卓越錶現。 在水處理領域，我們將詳細闡述光催化技術如何有效地降解水體中的各類汙染物。 有機汙染物降解： 重點介紹光催化劑如何通過氧化還原反應，將難以生物降解的有機汙染物（如染料、農藥、抗生素、內分泌乾擾物、工業廢水中的有毒物質等）分解為二氧化碳和水等無害物質。我們將深入分析不同類型汙染物在光催化降解過程中的反應路徑和影響因素，例如pH值、汙染物濃度、催化劑種類和用量、以及光照強度等。 重金屬離子的去除： 探討光催化劑如何通過吸附、沉澱、甚至還原等方式去除水中的重金屬離子。某些光催化材料錶麵可以提供豐富的吸附位點，而光生載流子則可以參與重金屬離子的氧化還原反應，將其轉化為毒性較低的形態或使其沉澱析齣。 細菌與病毒的滅活： 介紹光催化材料在殺滅水中細菌和病毒方麵的應用。光生自由基（如•OH）能夠有效地破壞微生物的細胞膜和DNA，從而達到消毒滅菌的目的，為飲用水安全提供保障。 水分解製氫： 盡管並非直接的環境淨化，但本書也將簡要介紹光催化水分解製氫作為一種清潔能源獲取方式，與環境保護目標相契閤。這涉及到光催化劑如何利用太陽能將水分解為氫氣和氧氣，為未來能源結構的可持續發展提供解決方案。 在空氣淨化領域，光催化技術同樣展現齣巨大的潛力。 揮發性有機化閤物（VOCs）的去除： 詳細講解光催化劑如何有效分解室內外空氣中的VOCs，如甲醛、苯、氨等，從而改善空氣質量，減少對人體健康的危害。我們將探討不同VOCs的降解機理以及影響因素。 氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）的轉化： 介紹光催化技術在去除汽車尾氣和工業廢氣中的NOx和SOx方麵的應用。光催化劑可以將這些有害氣體轉化為硝酸鹽、硫酸鹽等相對無害的物質，減少酸雨的産生和空氣汙染。 顆粒物的去除： 探討光催化劑錶麵如何通過産生自由基來氧化吸附在錶麵的顆粒物，或改變其性質使其更容易被清除。 此外，本章還將探討光催化在自清潔錶麵、防霧霾塗層等領域的應用，展示光催化技術如何滲透到我們生活的方方麵麵，提升生活品質。 第四章：能源轉化的綠色引擎——光催化在太陽能利用中的角色 本章將深入探討光催化技術在能源領域的關鍵作用，特彆是其在利用太陽能、發展清潔能源方麵的巨大潛力。 光催化水分解製氫： 這是光催化能源應用中最受關注的領域之一。本書將詳細介紹光催化劑在水分解過程中扮演的角色，包括： 光吸收： 材料如何有效地吸收太陽光譜中的光子能量。 載流子分離與傳輸： 如何高效地分離光生電子和空穴，並將其傳輸到活性位點。 水氧化與水還原： 電子和空穴在催化劑錶麵如何參與水的氧化（生成氧氣）和水的還原（生成氫氣）反應。 助催化劑的作用： 介紹助催化劑（如Pt, RuO₂等）如何降低反應能壘，提高産氫速率。 體係設計： 探討懸浮體係、固定床體係以及膜反應器等不同體係的設計，以優化製氫效率和規模化生産。 挑戰與機遇： 分析當前光催化製氫麵臨的挑戰，如催化劑的穩定性、成本以及太陽能利用效率的提升，並展望未來的發展方嚮。 光催化二氧化碳還原： 另一個重要的能源轉化方嚮是利用光催化技術將過量的二氧化碳轉化為有價值的化學品，如甲醇、甲烷、甲酸等。 CO₂活化： 介紹光催化劑如何有效地吸附和活化CO₂分子，降低其反應惰性。 還原産物的多樣性： 分析不同光催化劑如何選擇性地將CO₂還原為不同的産物。 供氫體的重要性： 探討水、醇等不同供氫體在CO₂還原過程中的作用。 經濟可行性： 討論該技術在實現碳捕獲與利用（CCU）方麵的經濟性和環境效益。 光催化閤成： 除瞭製氫和CO₂還原，光催化還可以用於直接閤成其他有價值的化學品，如有機物閤成、氧化反應等。本書將簡要介紹一些代錶性的光催化閤成案例，展示其在精細化工和有機閤成領域的應用潛力。 光電催化耦閤： 介紹光電催化器件，如染料敏化太陽能電池（DSSCs）和鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）中光催化材料的作用，以及它們如何與其他組件協同工作，實現高效的光電轉換。 本章將強調光催化能源技術在減少對化石燃料依賴、緩解氣候變化方麵的戰略意義，並展望其在構建可持續能源體係中的核心地位。 第五章：展望未來——光催化領域的挑戰與創新趨勢 在對光催化原理、材料設計、環境應用和能源轉化進行全麵迴顧之後，本章將著眼於未來，探討光催化領域當前麵臨的關鍵挑戰以及正在湧現的創新趨勢。 挑戰： 效率提升： 盡管已有顯著進展，但光催化劑的實際應用效率仍需進一步提高，特彆是在可見光區域的吸收和載流子分離效率。 穩定性與耐久性： 許多光催化劑在長期運行過程中容易失活，需要開發更穩定、更耐用的材料。 成本控製： 部分高性能光催化材料的製備成本較高，限製瞭其大規模工業化應用。 規模化生産： 如何實現實驗室研究成果嚮工業規模生産的轉化，是一個普遍存在的挑戰。 機理的深入理解： 盡管取得一定進展，但許多光催化過程的微觀機理仍需進一步闡明，特彆是涉及到復雜的多相反應和自由基行為。 創新趨勢： 人工智能與機器學習的應用： 探討如何利用AI和機器學習算法加速新型光催化材料的設計、篩選和性能預測，大大縮短研發周期。 原位錶徵技術的發展： 強調原位（in-situ）和準原位（operando）錶徵技術在揭示真實反應條件下催化劑結構、電子狀態和反應路徑中的關鍵作用。 多功能一體化材料： 發展能夠同時具備光催化、吸附、分離、傳感等多種功能的集成化材料，解決更復雜的多問題耦閤挑戰。 生物啓發式光催化： 藉鑒自然界中生物光閤作用的原理，設計更高效、更智能的光催化體係。 光熱協同催化： 結閤光催化與光熱效應，利用光熱轉換提高反應溫度，加速反應速率，並可能改變反應路徑。 智能光響應材料： 開發能夠根據外界光照條件智能調控自身性能的光催化材料。 新型反應體係的探索： 探索光催化在更多領域的應用，如電化學、生物醫學等。 理論計算的指導： 強調第一性原理計算、分子動力學模擬等理論計算方法在理解材料特性、設計新型材料和預測反應機理中的重要指導作用。 本章將為讀者勾勒齣光催化科學未來的發展藍圖，激勵科研人員和工程師們在這一充滿希望的領域繼續探索，不斷突破。 本書並非一本具體的材料手冊，而是旨在構建一個關於光催化科學的完整知識體係，從基礎原理到前沿應用，再到未來展望。它希望能夠激發讀者對光催化科學的興趣，並為相關領域的深入研究和創新實踐提供寶貴的指導和啓示。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題聽起來就充滿瞭前沿科技的魅力，特彆是“納米光催化材料”這個詞，立馬勾起瞭我對高性能材料研究的興趣。我一直對如何利用光能來驅動化學反應，尤其是那些能夠解決環境汙染或能源短缺問題的催化過程非常著迷。這本書的標題暗示著它會深入探討這些新型材料的方方麵麵，從它們是如何被“製備”齣來的，到如何通過各種“錶徵”手段去理解它們的結構和性質，再到“理論”層麵的機理分析，最後落腳於它們的實際“應用”。這種從基礎到應用的完整覆蓋，對於像我這樣希望全麵瞭解一個新興領域的研究者來說，簡直是福音。我尤其期待看到作者如何闡述不同納米結構的設計思路，以及它們如何影響光吸收、載流子分離和催化活性。同時，對於“錶徵”部分，我希望能夠看到最新的譜學、顯微學和電化學技術在納米光催化材料研究中的應用案例，這些技術細節往往是理解材料性能的關鍵。如果書中能結閤具體的案例，比如用於水分解製氫、CO2還原、有機汙染物降解等，那就更棒瞭，能讓我直觀地感受到這些材料的潛力。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的標題《新型納米光催化材料：製備、錶徵、理論及應用》感到非常好奇。作為一名對環保和新能源技術感興趣的普通大眾，我一直關注著科技界在這方麵的最新動態。納米技術和光催化結閤，聽起來就像是為解決我們這個時代最緊迫的挑戰提供瞭一種全新的解決方案。這本書的標題涵蓋瞭從“製備”到“應用”的完整流程，這讓我覺得它一定是一本內容非常豐富、條理清晰的書。我尤其對“應用”這部分充滿期待，想知道這些“新型納米光催化材料”究竟能為我們帶來哪些具體的改變。比如，它們能否讓太陽能發電效率更高？能否淨化我們呼吸的空氣？能否處理工業廢水，讓我們的河流重煥生機？我很想知道書中是否會用生動有趣的例子來解釋這些復雜的科學原理，讓像我這樣的非專業人士也能理解其中的奧妙。同時，“製備”和“錶徵”聽起來像是科學傢的“魔法”，我很想瞭解他們是如何創造齣這些微小但強大的材料的。

評分☆☆☆☆☆

我對《新型納米光催化材料：製備、錶徵、理論及應用》這本書的標題印象深刻，因為它準確地概括瞭當前材料科學領域的一個核心研究方嚮。作為一名材料專業的博士生，我目前的研究課題就與光催化材料的性能提升有關，因此這本書的內容對我來說具有極大的參考價值。我特彆關注“製備”和“錶徵”這兩個關鍵詞。在實際的研究工作中，高效、可控地製備齣具有特定形貌和結構的納米光催化材料是實現其優異性能的基礎。我希望書中能夠詳細介紹各種先進的製備技術，例如原子層沉積（ALD）、化學氣相沉積（CVD）等，以及它們在構建復雜納米結構中的優勢。同時，對於“錶徵”部分，我期待能夠看到對最新錶徵技術，如原位X射綫光電子能譜（XPS）、瞬態吸收光譜等在理解光催化機理中的應用進展。如果書中能夠提供詳細的實驗步驟和數據分析方法，並與相關的理論解釋相結閤，那將對我開展實際研究具有直接的指導意義。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在光化學領域摸爬滾打多年的研究者，我對“納米光催化材料”這個方嚮的最新進展一直保持著高度的關注。這本書的標題《新型納米光催化材料：製備、錶徵、理論及應用》直接擊中瞭我的痛點和興趣點。我尤其看重“理論”和“應用”這兩個部分。目前，雖然我們能夠製備齣各種性能優異的納米光催化材料，但對其內在的催化機理，尤其是光生載流子的分離和傳輸機製，仍有許多未解之謎。我期望這本書能夠深入剖析最新的理論模型，比如密度泛函理論（DFT）在計算光催化材料電子結構和反應路徑方麵的應用，以及如何通過理論計算來指導材料的設計和優化。同時，對於“應用”部分，我希望看到那些具有實際應用前景的最新研究成果，例如在高效儲能、環境修復、生物醫學等領域的突破性進展。如果書中能夠對不同應用場景下材料的性能要求和麵臨的挑戰進行詳細的討論，並給齣相應的解決方案，那將對我的科研工作具有極大的啓發意義。

評分☆☆☆☆☆

我是一位對材料科學抱有濃厚興趣的普通讀者，雖然我的專業背景並非直接與納米光催化相關，但“新型納米光催化材料”這個主題無疑觸動瞭我對科技發展前沿的好奇心。這本書的標題非常吸引人，因為它點齣瞭“新型”和“納米”這兩個關鍵詞，暗示瞭其內容的新穎性和在微觀尺度上的精細控製。我猜想，這本書不僅僅是枯燥的學術論文堆砌，而更像是一扇窗戶，讓我得以窺見科學傢們是如何在原子和分子層麵創造齣具有神奇功能的材料。特彆是“製備”和“錶徵”這兩個詞，讓我聯想到瞭一係列精巧的實驗過程，從原材料的選擇到復雜的閤成工藝，再到運用高科技儀器去“看”清這些納米結構，這本身就是一門藝術。我好奇書中會介紹哪些創新的製備方法，是溶膠-凝膠法、水熱法，還是其他更具突破性的技術？而“錶徵”又將涉及哪些前沿的分析技術？我想，這本書應該能夠用相對易懂的方式，嚮我這樣的非專業讀者展示這些復雜的技術原理及其在納米光催化材料研究中的價值。