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陈小明，张杰鹏 著

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• 金属有机框架
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• 多孔材料
• 吸附
• 催化
• 气体存储
• 分离
• 化学
• 材料科学
• 纳米材料

店铺： 悦读时代图书专营店

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122292803

商品编码：29576994428

包装：精装

出版时间：2017-11-01

基本信息

书名：金属-有机框架材料

定价：148.00元

作者：陈小明,张杰鹏

出版社：化学工业出版社

出版日期：2017-11-01

ISBN：9787122292803

字数：

页码：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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本书是一本综述性专著，由陈小明院士组织编写，参与编写的人员均为该领域的成果比较突出的学者，选择性地介绍了目前金属有机框架材料研究比较热门的内容，包括很多发表在Science，Nature等国际期刊上的研究成果。

内容提要

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本书依据作者研究团队以及外金属-有机框架材料的*研究进展，系统介绍了金属-有机框架材料的设计、合成、功能及其在不同领域的应用，包括金属-有机框架的吸附与分离材料、异相超分子催化材料、荧光与传感材料、手性结构与功能材料、膜分离与膜催化材料、离子导电功能材料以及无机纳米粒子/金属-有机框架化合物复合材料，并阐述了金属-有机框架材料未来的发展方向和应用潜力。本书可供从事金属-有机框架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。

目录

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作者介绍

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陈小明,中国科学院院士，第三世界科学院院士，IUPAC会士，中山大学教授、博导。主要从事功能配位化学与晶体工程研究，主要涉及功能配合物、尤其是配位聚合物的设计与合成，晶体结构分析和性质（气体吸附、光电磁及传感功能等）研究。已在包括Nature Commun.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Mater.、Acc. Chem. Res.、Chem. Rev.和Chem. Soc. Rev.等学术刊物上发表论文380多篇；SCI引用次数累计超过2万6千次，H指数高达85。曾获得1项国家自然科学奖二等奖(2007年)和3项广东省科技成果奖一等奖。还先后获得求是科技基金会杰出青年学者奖(1999年)、TWAS化学奖(2012年)，以及Thomson Reuters高被引用学者奖(2014年)等学术奖励。

文摘

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序言

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《微观世界的奇迹：晶体材料的构建与应用》 引言：物质的秩序与功能之美 自古以来，人类就被物质世界的精妙秩序所吸引。从雕琢宝石的光彩，到搭建宏伟建筑的坚固，我们对物质结构及其潜在功能的探索从未停止。尤其是在微观尺度上，原子的排列组合形成了千姿百态的晶体，它们不仅展现了令人惊叹的对称性与规律性，更蕴藏着改变世界的力量。本书《微观世界的奇迹：晶体材料的构建与应用》将带领读者深入探索这一迷人的领域，揭示晶体材料是如何被“设计”出来，以及它们如何在能源、环境、医药等前沿科技领域发挥着不可替代的作用。我们将从晶体的基本原理出发，逐步深入到复杂晶体的构筑方法，最终展望它们在未来社会中的无限可能。 第一章：晶体的基本概念与对称性 物质世界并非混沌一片，在微观层面，许多物质呈现出高度有序的排列，这就是晶体。本章将为你系统地阐述晶体的基本构成要素——原子、离子或分子，以及它们在三维空间中周期性重复形成的晶格。我们将深入理解晶胞的概念，这是晶体结构重复的基本单元，犹如乐高积木的最小模块，通过不断堆叠，便构建出宏伟的晶体王国。 更重要的是，我们将一同领略晶体的“对称性之美”。对称性是晶体最显著的特征之一，它反映了物质在空间旋转、平移或镜像操作下保持不变的特性。我们将学习如何识别和分类不同的对称元素，如对称轴、对称面和对称中心，以及它们如何组合形成各类晶系和空间群。理解晶体的对称性，不仅是认识晶体结构的基础，更是预测和设计新材料性能的关键。例如，材料的光学、电学和力学性质往往与它们的对称性息息相关。从简单的立方体到复杂的斜方晶系，每一种晶体结构都拥有独特的对称语言，等待着我们去解读。 第二章：从原子到网络的构建：晶体生长的奥秘 晶体的形成并非偶然，它遵循着严谨的物理化学原理。本章将深入探讨晶体生长的过程，从原子如何在溶液、熔体或气相中聚集，到最终形成有序的晶体结构。我们将了解成核与生长的基本机制，理解过饱和度、温度、压力等生长条件对晶体形态和质量的影响。 此外，本章还将重点介绍几种主要的晶体生长技术。例如，溶液结晶法，通过控制溶剂的蒸发或温度的降低，使溶质分子有序排列；熔体生长法，将晶体材料熔化后再缓慢冷却，使其重新结晶；以及气相沉积法，利用气态前驱体在衬底上化学反应或物理沉积形成薄膜晶体。每种方法都有其独特的优势和适用范围，理解这些技术，有助于我们理解如何“按需定制”具有特定结构的晶体材料。我们将看到，通过精妙的工艺控制，可以生长出宏观的单晶，也能制备出微观纳米晶体的集合体，为后续功能化奠定基础。 第三章：理性设计与精准合成：功能晶体的分子工程 现代材料科学的进步，使得我们不再仅仅是被动地探索自然界存在的晶体，而是能够主动地“设计”和“合成”具有特定功能的晶体。本章将聚焦于晶体材料的分子工程，探讨如何通过对构成晶体的基本单元（分子、离子或团簇）的化学性质和空间结构的调控，来赋予晶体材料预期的性能。 我们将深入了解“晶体工程”的核心理念。这包括： 结构导向合成 (Structure-Directing Synthesis)： 如何通过选择合适的反应物、溶剂、催化剂以及控制反应条件，诱导目标晶体结构的形成。例如，利用模板法，在预设的模板结构上生长晶体，实现复杂孔道结构的构筑。 功能基元的设计 (Design of Functional Units)： 如何通过引入具有特定功能的原子、官能团或分子片段，来赋予晶体材料光、电、磁、催化等特性。例如，在晶体骨架中引入稀土元素，可以获得发光材料；引入具有氧化还原活性的金属离子，可以用于催化反应。 尺寸与形貌控制 (Size and Morphology Control)： 如何通过调整合成参数，控制晶体的尺寸（从纳米到微米甚至更大）和形貌（如纳米线、纳米片、空心球等），以优化其表面积、界面性质和宏观组装行为。 本章将以具体的例子，如多孔晶体材料的设计，来阐释这些原理。通过精确地连接分子构件，我们可以创造出具有特定尺寸和形状的纳米孔道，这些孔道如同微观的筛子或反应腔，为催化、吸附、分离等应用提供了无限可能。 第四章：晶体材料的先进表征技术 要理解晶体的奥秘，就必须掌握对其结构和性质进行精准表征的手段。本章将为你介绍一系列现代晶体材料表征的利器，它们如同科学家手中的“显微镜”和“探测器”，能够揭示材料的微观世界。 我们将学习： X射线衍射 (X-ray Diffraction, XRD)： 这是确定晶体结构最基本、最强大的技术。通过分析X射线在晶体样品上的衍射图谱，我们可以精确地解析出原子的排列方式、晶胞参数以及晶体的完整度。 电子显微镜 (Electron Microscopy)： 包括透射电子显微镜 (TEM) 和扫描电子显微镜 (SEM)。TEM能够提供原子级分辨率的图像，揭示晶体的精细结构和缺陷；SEM则擅长观察材料的表面形貌和微观结构，直观展示材料的“外观”。 光谱技术 (Spectroscopy)： 如红外光谱 (IR)、拉曼光谱 (Raman)、紫外-可见吸收光谱 (UV-Vis)、核磁共振 (NMR) 等。这些技术可以提供关于材料化学键、分子振动、电子能级等方面的信息，辅助结构解析和性能分析。 热分析技术 (Thermal Analysis)： 如差示扫描量热法 (DSC) 和热重分析法 (TGA)。这些方法可以研究材料在加热过程中的相变、分解行为以及热稳定性，对于理解材料的应用环境至关重要。 我们将通过实例，展示这些技术如何协同工作，从宏观形貌到原子尺度，从晶体结构到化学组成，全方位地解析晶体材料的特性。 第五章：晶体材料在能源领域的革新 能源问题是当今世界面临的最大挑战之一。本章将聚焦于晶体材料如何为能源的生产、储存和转化提供革命性的解决方案。 催化剂： 许多晶体材料，特别是具有高比表面积和可调控孔道结构的晶体，是高效的催化剂。它们能够加速化学反应，提高能源转化效率，如在氢气生产、燃料电池、二氧化碳转化等领域发挥重要作用。例如，一些多孔晶体材料可以通过其孔道内的活性位点，实现对特定分子的选择性吸附和催化转化。 储能材料： 晶体材料在电池和超级电容器等储能设备中扮演着核心角色。它们的开放式结构或特殊的电化学活性，能够储存和释放大量的电化学能量。例如，具有层状结构的氧化物材料常被用作锂离子电池的正极材料，而具有高导电性的碳基晶体材料则在超级电容器领域展现出巨大潜力。 光电转换材料： 晶体材料的光电性能使其成为太阳能电池的关键组成部分。一些晶体材料能够高效地吸收太阳光并将其转化为电能。例如，钙钛矿晶体材料凭借其优异的光电性能，已成为新一代太阳能电池的研究热点。 我们将深入探讨这些晶体材料的结构-性能关系，理解它们在能量转换和储存过程中的微观机理，并展望它们在构建可持续能源体系中的未来发展。 第六章：晶体材料在环境治理与可持续发展 环境污染和资源枯竭是阻碍人类可持续发展的两大障碍。本章将揭示晶体材料在解决环境问题和推动可持续发展方面的巨大潜力。 吸附与分离材料： 许多多孔晶体材料，如沸石和金属有机骨架材料，具有独特的孔道结构和高比表面积，能够高效地吸附和分离各种气体和液体污染物。例如，它们可以用于捕获空气中的二氧化碳、去除水中的重金属离子或有机染料，为环境保护提供有效的解决方案。 环境催化： 晶体材料的催化性能同样可以应用于环境治理。例如，它们可以用于催化分解空气中的挥发性有机化合物 (VOCs)，净化工业废气；也可以用于催化降解水中的有机污染物，实现污水处理。 水处理与净化： 晶体材料还可以用于开发新型的水净化技术。例如，一些晶体材料能够选择性地吸附水中的有害物质，或者通过光催化作用，将污染物分解为无害物质。 本章将通过具体案例，展示晶体材料如何在空气净化、水处理、废物资源化等领域发挥作用，为构建绿色、清洁的未来贡献力量。 第七章：晶体材料在生命科学与医药领域的应用 晶体材料的精密结构和可控功能，使其在生命科学和医药领域也展现出巨大的应用前景。 药物递送载体： 一些多孔晶体材料，由于其尺寸可控、孔道结构可调，可以作为药物的载体，实现药物的缓释、靶向递送。它们可以包裹药物分子，并根据特定的生理环境（如pH值、温度）或外部信号（如光、磁场）释放药物，提高疗效，降低副作用。 生物传感与诊断： 晶体材料的独特光学、电学或磁学性质，使其能够用于开发高灵敏度的生物传感器。通过在晶体表面固定生物识别分子，可以检测体内的生物标记物，实现疾病的早期诊断。 生物成像： 一些具有荧光性质的晶体材料，可以作为生物成像的示踪剂，用于观察细胞内部结构、追踪药物在体内的分布，从而深入了解生命过程。 生物医用材料： 某些晶体材料具有良好的生物相容性和骨诱导性，可用于开发骨组织工程支架、人工骨替代材料等。 我们将探讨晶体材料如何与生命系统相互作用，以及如何通过精细的分子设计，实现这些在生命科学和医药领域的创新应用。 结论：展望晶体材料的无限未来 从微观世界的原子排列到宏观世界的应用前景，晶体材料以其独特的秩序和功能，不断地挑战着我们的认知边界。本章将对全书内容进行总结，并展望晶体材料在未来的发展趋势。 我们将看到，随着合成技术的不断发展和理论计算能力的提升，晶体材料的设计将变得更加精确和高效。个性化定制、多功能集成将成为未来的重要方向。例如，开发能够同时实现吸附、催化和传感等多重功能的智能晶体材料。 同时，跨学科的融合将进一步推动晶体材料的应用。材料科学、化学、物理学、生物学、工程学等领域的交叉研究，将催生出更多颠覆性的技术和产品。我们有理由相信，晶体材料将在解决能源危机、应对气候变化、改善人类健康等方面发挥越来越重要的作用。 《微观世界的奇迹：晶体材料的构建与应用》旨在激发读者对晶体材料的兴趣，理解它们背后的科学原理，并认识到它们在塑造未来社会中的巨大潜力。这是一个充满机遇和挑战的领域，我们期待着更多有志之士的加入，共同探索微观世界的奇迹，创造更加美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性让我眼前一亮！我一直对材料在实际应用中的潜力非常关注，而《金属-有机框架材料》恰恰满足了我的好奇心。书中的应用篇部分，简直是为我量身打造的。作者没有停留在理论层面，而是深入浅出地介绍了MOFs在各个领域的具体应用案例，而且每个案例都提供了详实的数据和图表支持。例如，在气体吸附与分离方面，书中详细讲解了MOFs如何利用其独特的孔道结构和化学性质，高效地吸附二氧化碳、甲烷等气体，这对于解决环境问题和能源储存具有革命性的意义。在催化领域，MOFs作为多相催化剂的载体或主体，其高比表面积和可调控的孔道结构，使得催化反应的效率和选择性得到了显著提升。更令我惊喜的是，书中还提到了MOFs在药物递送、化学传感、质子传导等方面的最新进展，这些应用场景的广度和深度都远远超出了我的想象。读完这些，我仿佛看到了MOFs在不久的将来，会在我们生活的方方面面发挥至关重要的作用，这本书让我对材料科学的未来充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度让我惊艳！我之前接触过一些关于纳米材料的书籍，但《金属-有机框架材料》给我的感觉完全不同。它不是泛泛地介绍概念，而是深入到MOFs的本质——如何通过巧妙的设计，将金属离子与有机配体编织成具有特定孔道结构的晶体材料。书中详细阐述了不同合成方法的原理和优缺点，从溶液法到固相法，再到一些更复杂的微波辅助、超声辅助合成技术，每一种方法都配有详细的步骤和机理分析。读到这里，我才真正理解到，制备高性能MOFs并非易事，需要对化学反应的控制、溶剂的选择、反应条件的优化有深入的理解。更让我印象深刻的是，书中花了相当大的篇幅介绍了MOFs的表征技术，从X射线衍射（XRD）来确定其晶体结构，到扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察其形貌，再到BET吸附仪测量其比表面积和孔隙率，最后是光谱分析（IR, Raman, NMR, UV-Vis）来研究其化学组成和电子结构。这些详实的介绍，让我对如何评价和理解MOFs的性能有了系统性的认识，这本书不仅仅是一本科普读物，更是一本专业研究的入门指南。

评分☆☆☆☆☆

这是一本充满启发性的读物，让我对材料科学的前沿领域有了全新的认识。《金属-有机框架材料》不仅仅是一本介绍性书籍，更像是一次深度探索之旅。作者以一种引人入胜的方式，将MOFs这个复杂而迷人的材料家族展现在读者面前。我特别喜欢书中对MOFs“设计自由度”的强调，它就像是一个无限可能的“分子积木”，可以通过不同的组合方式，创造出无数种具有特定功能的材料。书中详细介绍了不同类型的MOFs，从最经典的HKUST-1、MOF-5，到近年来涌现出的高性能MOFs，每一种都配有清晰的结构图和性能数据。让我眼前一亮的是，书中还探讨了MOFs的长期稳定性问题，以及如何通过改性来提高其在实际应用中的鲁棒性，这对于任何想要将MOFs从实验室推向市场的研究者来说，都是至关重要的一点。读完这本书，我不仅对MOFs的科学内涵有了更深的理解，更对材料科学未来的发展方向产生了浓厚的兴趣，这本书无疑是激励我进一步深入研究的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑清晰，条理分明，读起来非常流畅。从MOFs的定义、结构基础，到合成方法、表征技术，再到性能优化和应用前景，层层递进，环环相扣。作者的叙述方式非常专业，但又避免了过于晦涩的学术术语，即使是初学者也能轻松理解。书中穿插了大量的图示和化学结构式，形象地展示了MOFs的微观世界，这对于我这样的视觉型学习者来说，简直是福音。尤其让我印象深刻的是，书中对MOFs结构与性能之间关系的深入探讨。它不仅仅是罗列各种MOFs的性质，而是从分子层面解释了为什么某种结构会表现出特定的性能。例如，如何通过改变有机配体的长度和刚性来调控孔道大小，如何通过引入不同的金属中心来改变MOFs的催化活性，以及如何通过后修饰来提高MOFs的稳定性。这种深入的分析，让我对MOFs的理解不再停留在表面，而是能够触及到其核心原理。读完这本书，我感觉自己对MOFs的认识得到了质的飞跃，不仅掌握了基本的知识，更培养了批判性思维和解决问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了我对材料科学世界的新视角！我一直对各种新材料的应用前景很感兴趣，但金属-有机框架材料（MOFs）这个概念对我来说却有些模糊。读完这本书，我才真正明白MOFs到底是什么，它们是如何构建的，以及它们那令人惊叹的多样性。作者的讲解非常清晰，从最基本的分子结构原理讲起，逐步深入到不同合成方法、表征手段，再到其在气体吸附、催化、传感等领域的具体应用。我尤其喜欢书中对MOFs结构多样性的描述，就像是在欣赏一座座由原子和分子搭建的精美艺术品，每一种结构都有其独特的“个性”和应用潜力。书中还详细介绍了影响MOFs性能的关键因素，比如孔径大小、表面化学性质、金属中心和有机配体的选择等等。这让我意识到，MOFs的开发不是简单的堆砌，而是需要精密的分子设计和合成策略。看完这些，我简直迫不及待地想了解更多关于MOFs的最新研究进展，以及它们未来可能如何改变我们的生活，比如在碳捕获、药物递送、能源存储等领域，这本书为我打开了一扇通往前沿科学的大门，让我对未来充满期待。