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催化理論與計算(馮剛 ) 版權信息
- ISBN：9787122401373
- 條形碼：9787122401373 ; 978-7-122-40137-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
催化理論與計算(馮剛 ) 本書特色
《催化理論與計算》有助于工業催化的工程技術人員掌握理論與計算化學基礎知識，學習理論與計算化學的方法解決催化實踐中的問題； 《催化理論與計算》向理論與計算化學的科技工作者闡述了催化科學與技術的發展態勢，以及催化實踐對理論計算的需求； 《催化理論與計算》可作為高等院校化學、應用化學、化學工程與技術及相近專業高年級本科生、研究生的教材或教學參考書，亦可供從事有關科研、設計及生產的教師、科技人員及工程技術人員閱讀參考。
催化理論與計算(馮剛 ) 內容簡介
隨著化學理論的不斷發展和計算機技術的進步，理論與計算化學將在催化領域發揮越來越重要的作用。為此，本書詳細介紹了工業催化理論與計算化學基礎知識，講解如何采用理論計算的方法解決催化實踐中的問題，闡述了催化科學與技術的發展態勢，以及催化實踐對理論計算的需求。 全書共分12章：第1章催化概述、第2章催化基礎理論、第3章計算方法與軟件、第4章負載型催化劑、第5章分子篩結構特性及催化反應機制的理論計算研究、第6章二維納米催化材料、第7章電化學催化、第8章光催化、第9章理論計算在石油與天然氣催化轉化中的應用、第10章理論計算在煤轉化中的應用、第11章理論計算在生物質轉化中的應用、第12章理論計算在環境催化中的應用。 《催化理論與計算》可作為高等院校化學、應用化學、化學工程與工藝及相近專業高年級本科生、研究生的教材或教學參考書，亦可供從事有關科研、設計及生產的科技人員及工程技術人員閱讀參考。
催化理論與計算(馮剛 ) 目錄
章 催化概述/ 1
1．1 催化發展概述 2
1．1．1 早期催化現象研究 2
1．1．2 20 世紀初期至第二次世界大戰期間的發展階段 5
1．1．3 1945 年至20 世紀80 年代工業催化繁榮階段 7
1．1．4 20 世紀90 年代至今分子催化工程階段 8
1．2 催化的概念與理論 9
1．2．1 早期對催化現象的認識 10
1．2．2 催化理論與觀點 12
1．3 計算化學與工業催化的結合 13
1．3．1 計算化學概述 13
1．3．2 計算化學在催化研究中的作用 16
1．3．3 總結 21
參考文獻 22
第2 章 催化基礎理論/ 24
2．1 熱力學 24
2．1．1 宏觀世界與微觀體系的關系 25
2．1．2 系綜、配分函數和熱力學變量 26
2．1．3 熱力學應用 32
2．1．4 小結 37
2．2 過渡態 37
2．2．1 過渡態與反應速率 37
2．2．2 過渡態計算方法 40
2．2．3 零點能修正 43
2．3 微觀動力學 43
2．3．1 基元表面反應的微觀動力學 43
2．3．2 基元反應的表觀活化能 45
2．3．3 表面非基元反應的微觀動力學 46
2．4 吸附與擴散 49
2．4．1 關于吸附 49
2．4．2 物理吸附和化學吸附 49
2．4．3 計算化學視角下的化學吸附現象 50
2．4．4 分子模擬的吸附現象 54
2．4．5 表面擴散 55
2．5 d 帶中心理論 56
2．6 線性縮放關系和Br?nsted-Evans-Polanyi（BEP）關系 59
2．7 描述符與火山曲線 61
參考文獻 62
第3 章 計算方法與軟件/ 64
3．1 量子化學方法 64
3．1．1 波函數和微觀粒子的狀態 65
3．1．2 物理量和算符 66
3．1．3 本征態、本征值和Schrdinger方程 66
3．1．4 態疊加原理 67
3．1．5 Pauli（泡利）原理 67
3．1．6 量子化學計算方法 67
3．2 密度泛函理論 69
3．2．1 密度泛函理論簡介 70
3．2．2 密度泛函理論的發展 72
3．3 分子動力學 74
3．3．1 分子動力學模擬的基本原理和算法 75
3．3．2 分子動力學模擬中力的計算 76
3．3．3 分子動力學模擬的系綜 77
3．3．4 分子動力學模擬在催化中的應用 77
3．4 振動光譜 81
3．4．1 振動光譜的計算 81
3．4．2 振動光譜在催化研究中的示例 84
3．5 機器學習 85
3．5．1 機器學習的基本原理 85
3．5．2 機器學習結合計算材料用于催化劑設計 92
3．6 計算模型 99
3．7 常用計算軟件 101
3．7．1 全電子計算軟件包 102
3．7．2 贗勢計算軟件包 103
參考文獻 106
第4 章 負載型催化劑/ 108
4．1 單原子催化劑 108
4．1．1 單原子催化劑的概念和意義 109
4．1．2 單原子催化劑的穩定性 110
4．1．3 單原子催化劑的活性 114
4．1．4 單原子催化劑的選擇性 116
4．1．5 單原子催化劑的動力學特性 116
4．1．6 單原子催化劑的理論研究 116
4．2 載體負載的團簇催化劑 118
4．2．1 負載型Cu/Al2O3 催化劑的結構研究 119
4．2．2 金屬團簇在載體表面的熱力學穩定性 139
4．2．3 電子態密度和電荷分析 144
4．2．4 Pt/γ-Al2O3 催化劑CO2 催化加氫機理的研究 146
參考文獻 152
第5 章 分子篩結構特性及催化反應機制的理論計算研究/ 154
5．1 分子篩結構及酸性的理論計算研究 154
5．1．1 分子篩簡介 154
5．1．2 分子篩結構特性的理論計算研究 155
5．1．3 分子篩酸性特性的理論計算研究 157
5．2 分子篩限域空間內吸附和擴散性能的理論研究 164
5．2．1 分子篩限域空間內擴散概述 164
5．2．2 微孔分子篩限域空間內的吸附和擴散性能研究 165
5．2．3 多級孔分子篩限域空間內的吸附和擴散性能研究 168
5．2．4 吸附和擴散對催化反應性能的影響 171
5．3 分子篩限域催化反應的理論研究 173
5．3．1 分子篩催化反應理論計算的處理方法 174
5．3．2 分子篩擇形催化 175
5．3．3 分子篩孔道限域效應的理論研究方法 181
5．3．4 總結與展望 184
參考文獻 184
第6 章 二維納米催化材料/ 187
6．1 單質二維材料 188
6．1．1 石墨烯 188
6．1．2 磷烯 198
6．1．3 鉍烯 201
6．2 二維化合物催化材料 203
6．2．1 六方氮化硼 203
6．2．2 石墨相氮化碳 205
6．2．3 過渡金屬碳/氮化物 208
6．2．4 過渡金屬硫化物 212
6．2．5 小結 217
參考文獻 217
第7 章 電化學催化/ 220
7．1 HER 機理模擬和催化劑設計策略 220
7．1．1 HER 反應機理的微觀描述 221
7．1．2 總結與展望 223
7．2 OER 機理模擬和催化劑設計策略 224
7．3 ORR 機理模擬和催化劑設計策略 227
7．3．1 ORR 的反應機理 227
7．3．2 基于反應自由能的反應勢能面 228
7．3．3 過渡金屬表面ORR 活性的趨勢 229
7．3．4 ORR 反應的動力學因素 230
7．3．5 基于簡單描述符的ORR催化劑設計 231
7．3．6 總結與展望 232
7．4 CO2 電化學還原機理模擬和催化劑設計策略 232
7．4．1 二氧化碳還原的產物和經濟價值 233
7．4．2 二氧化碳還原研究現狀 234
7．4．3 二氧化碳還原反應機理的微觀描述 234
7．4．4 計算氫電極模型 235
7．4．5 二氧化碳還原的反應機理模擬及催化劑設計策略 236
7．4．6 總結與展望 238
7．5 NRR 機理模擬和催化劑設計策略 239
參考文獻 241
第8 章 光催化/ 243
8．1 能帶結構調節 243
8．2 電子-空穴分離與傳輸 247
8．3 激發態的近似處理 249
8．3．1 CO2 光催化還原 250
8．3．2 CH3OH 光催化氧化 253
參考文獻 255
第9 章 理論計算在石油與天然氣催化轉化中的應用/ 256
9．1 甲烷的催化轉化 256
9．1．1 甲烷在金屬表面的活化 257
9．1．2 甲烷在鎳表面的活化 260
9．1．3 鹵素對甲烷的活化 263
9．1．4 總結 266
9．2 石油的催化轉化 266
9．2．1 研究背景 266
9．2．2 催化模型的構建 267
9．2．3 結果分析 267
9．2．4 總結 275
參考文獻 275
第10 章 理論計算在煤轉化中的應用/ 278
10．1 煤的結構和熱解 279
10．2 費-托合成催化劑 281
10．2．1 鐵催化劑 281
10．2．2 鈷催化劑 286
10．2．3 其他催化劑 288
10．2．4 催化劑譜學模擬 289
10．3 費-托合成反應機理 292
10．3．1 吸附和解離 292
10．3．2 加氫和鏈增長 296
10．4 總結和展望 299
參考文獻 299
第11 章 理論計算在生物質轉化中的應用/ 302
11．1 生物質 302
11．1．1 木質素和纖維素的組成與結構 302
11．1．2 生物煉制 304
11．2 生物質催化轉化中的理論基礎 307
11．2．1 鍵解離焓 307
11．2．2 溶劑化效應 311
11．2．3 范德華力和覆蓋度的影響 312
11．2．4 反應物種以及過渡態能量的預測 315
11．2．5 生物質催化轉化的反應動力學 320
11．3 理論計算在生物質催化轉化中的應用示例 322
11．3．1 甲醇分解反應 322
11．3．2 糠醛等分子的反應 322
11．3．3 加氫脫氧反應 324
11．3．4 展望 327
參考文獻 327
第12 章 理論計算在環境催化中的應用/ 330
12．1 氧化石墨烯上SO2 的吸附與氧化特性 330
12．1．1 SO2 在氧化石墨烯上的吸附 330
12．1．2 SO2 在氧化石墨烯上的氧化 332
12．1．3 OH 促進SO2 氧化的機理研究探討 334
12．2 摻雜石墨烯上SO2 的吸附與氧化特性 336
12．2．1 O 或S 摻雜石墨烯上O2 的吸附與解離 336
12．2．2 OG 或SG 上解離氧對SO2 的氧化 339
12．2．3 O 或S 摻雜石墨烯對SO2 的氧化機理研究 340
12．3 雙層石墨烯縫隙內SO2 的水化與氧化 341
12．3．1 SO2 的氧化及水化 341
12．3．2 受限空間對亞硫酸氧化的影響 343
12．3．3 受限空間對亞硫酸氧化的作用 349
參考文獻 350
總結與展望/ 352
1．1 催化發展概述 2
1．1．1 早期催化現象研究 2
1．1．2 20 世紀初期至第二次世界大戰期間的發展階段 5
1．1．3 1945 年至20 世紀80 年代工業催化繁榮階段 7
1．1．4 20 世紀90 年代至今分子催化工程階段 8
1．2 催化的概念與理論 9
1．2．1 早期對催化現象的認識 10
1．2．2 催化理論與觀點 12
1．3 計算化學與工業催化的結合 13
1．3．1 計算化學概述 13
1．3．2 計算化學在催化研究中的作用 16
1．3．3 總結 21
參考文獻 22
第2 章 催化基礎理論/ 24
2．1 熱力學 24
2．1．1 宏觀世界與微觀體系的關系 25
2．1．2 系綜、配分函數和熱力學變量 26
2．1．3 熱力學應用 32
2．1．4 小結 37
2．2 過渡態 37
2．2．1 過渡態與反應速率 37
2．2．2 過渡態計算方法 40
2．2．3 零點能修正 43
2．3 微觀動力學 43
2．3．1 基元表面反應的微觀動力學 43
2．3．2 基元反應的表觀活化能 45
2．3．3 表面非基元反應的微觀動力學 46
2．4 吸附與擴散 49
2．4．1 關于吸附 49
2．4．2 物理吸附和化學吸附 49
2．4．3 計算化學視角下的化學吸附現象 50
2．4．4 分子模擬的吸附現象 54
2．4．5 表面擴散 55
2．5 d 帶中心理論 56
2．6 線性縮放關系和Br?nsted-Evans-Polanyi（BEP）關系 59
2．7 描述符與火山曲線 61
參考文獻 62
第3 章 計算方法與軟件/ 64
3．1 量子化學方法 64
3．1．1 波函數和微觀粒子的狀態 65
3．1．2 物理量和算符 66
3．1．3 本征態、本征值和Schrdinger方程 66
3．1．4 態疊加原理 67
3．1．5 Pauli（泡利）原理 67
3．1．6 量子化學計算方法 67
3．2 密度泛函理論 69
3．2．1 密度泛函理論簡介 70
3．2．2 密度泛函理論的發展 72
3．3 分子動力學 74
3．3．1 分子動力學模擬的基本原理和算法 75
3．3．2 分子動力學模擬中力的計算 76
3．3．3 分子動力學模擬的系綜 77
3．3．4 分子動力學模擬在催化中的應用 77
3．4 振動光譜 81
3．4．1 振動光譜的計算 81
3．4．2 振動光譜在催化研究中的示例 84
3．5 機器學習 85
3．5．1 機器學習的基本原理 85
3．5．2 機器學習結合計算材料用于催化劑設計 92
3．6 計算模型 99
3．7 常用計算軟件 101
3．7．1 全電子計算軟件包 102
3．7．2 贗勢計算軟件包 103
參考文獻 106
第4 章 負載型催化劑/ 108
4．1 單原子催化劑 108
4．1．1 單原子催化劑的概念和意義 109
4．1．2 單原子催化劑的穩定性 110
4．1．3 單原子催化劑的活性 114
4．1．4 單原子催化劑的選擇性 116
4．1．5 單原子催化劑的動力學特性 116
4．1．6 單原子催化劑的理論研究 116
4．2 載體負載的團簇催化劑 118
4．2．1 負載型Cu/Al2O3 催化劑的結構研究 119
4．2．2 金屬團簇在載體表面的熱力學穩定性 139
4．2．3 電子態密度和電荷分析 144
4．2．4 Pt/γ-Al2O3 催化劑CO2 催化加氫機理的研究 146
參考文獻 152
第5 章 分子篩結構特性及催化反應機制的理論計算研究/ 154
5．1 分子篩結構及酸性的理論計算研究 154
5．1．1 分子篩簡介 154
5．1．2 分子篩結構特性的理論計算研究 155
5．1．3 分子篩酸性特性的理論計算研究 157
5．2 分子篩限域空間內吸附和擴散性能的理論研究 164
5．2．1 分子篩限域空間內擴散概述 164
5．2．2 微孔分子篩限域空間內的吸附和擴散性能研究 165
5．2．3 多級孔分子篩限域空間內的吸附和擴散性能研究 168
5．2．4 吸附和擴散對催化反應性能的影響 171
5．3 分子篩限域催化反應的理論研究 173
5．3．1 分子篩催化反應理論計算的處理方法 174
5．3．2 分子篩擇形催化 175
5．3．3 分子篩孔道限域效應的理論研究方法 181
5．3．4 總結與展望 184
參考文獻 184
第6 章 二維納米催化材料/ 187
6．1 單質二維材料 188
6．1．1 石墨烯 188
6．1．2 磷烯 198
6．1．3 鉍烯 201
6．2 二維化合物催化材料 203
6．2．1 六方氮化硼 203
6．2．2 石墨相氮化碳 205
6．2．3 過渡金屬碳/氮化物 208
6．2．4 過渡金屬硫化物 212
6．2．5 小結 217
參考文獻 217
第7 章 電化學催化/ 220
7．1 HER 機理模擬和催化劑設計策略 220
7．1．1 HER 反應機理的微觀描述 221
7．1．2 總結與展望 223
7．2 OER 機理模擬和催化劑設計策略 224
7．3 ORR 機理模擬和催化劑設計策略 227
7．3．1 ORR 的反應機理 227
7．3．2 基于反應自由能的反應勢能面 228
7．3．3 過渡金屬表面ORR 活性的趨勢 229
7．3．4 ORR 反應的動力學因素 230
7．3．5 基于簡單描述符的ORR催化劑設計 231
7．3．6 總結與展望 232
7．4 CO2 電化學還原機理模擬和催化劑設計策略 232
7．4．1 二氧化碳還原的產物和經濟價值 233
7．4．2 二氧化碳還原研究現狀 234
7．4．3 二氧化碳還原反應機理的微觀描述 234
7．4．4 計算氫電極模型 235
7．4．5 二氧化碳還原的反應機理模擬及催化劑設計策略 236
7．4．6 總結與展望 238
7．5 NRR 機理模擬和催化劑設計策略 239
參考文獻 241
第8 章 光催化/ 243
8．1 能帶結構調節 243
8．2 電子-空穴分離與傳輸 247
8．3 激發態的近似處理 249
8．3．1 CO2 光催化還原 250
8．3．2 CH3OH 光催化氧化 253
參考文獻 255
第9 章 理論計算在石油與天然氣催化轉化中的應用/ 256
9．1 甲烷的催化轉化 256
9．1．1 甲烷在金屬表面的活化 257
9．1．2 甲烷在鎳表面的活化 260
9．1．3 鹵素對甲烷的活化 263
9．1．4 總結 266
9．2 石油的催化轉化 266
9．2．1 研究背景 266
9．2．2 催化模型的構建 267
9．2．3 結果分析 267
9．2．4 總結 275
參考文獻 275
第10 章 理論計算在煤轉化中的應用/ 278
10．1 煤的結構和熱解 279
10．2 費-托合成催化劑 281
10．2．1 鐵催化劑 281
10．2．2 鈷催化劑 286
10．2．3 其他催化劑 288
10．2．4 催化劑譜學模擬 289
10．3 費-托合成反應機理 292
10．3．1 吸附和解離 292
10．3．2 加氫和鏈增長 296
10．4 總結和展望 299
參考文獻 299
第11 章 理論計算在生物質轉化中的應用/ 302
11．1 生物質 302
11．1．1 木質素和纖維素的組成與結構 302
11．1．2 生物煉制 304
11．2 生物質催化轉化中的理論基礎 307
11．2．1 鍵解離焓 307
11．2．2 溶劑化效應 311
11．2．3 范德華力和覆蓋度的影響 312
11．2．4 反應物種以及過渡態能量的預測 315
11．2．5 生物質催化轉化的反應動力學 320
11．3 理論計算在生物質催化轉化中的應用示例 322
11．3．1 甲醇分解反應 322
11．3．2 糠醛等分子的反應 322
11．3．3 加氫脫氧反應 324
11．3．4 展望 327
參考文獻 327
第12 章 理論計算在環境催化中的應用/ 330
12．1 氧化石墨烯上SO2 的吸附與氧化特性 330
12．1．1 SO2 在氧化石墨烯上的吸附 330
12．1．2 SO2 在氧化石墨烯上的氧化 332
12．1．3 OH 促進SO2 氧化的機理研究探討 334
12．2 摻雜石墨烯上SO2 的吸附與氧化特性 336
12．2．1 O 或S 摻雜石墨烯上O2 的吸附與解離 336
12．2．2 OG 或SG 上解離氧對SO2 的氧化 339
12．2．3 O 或S 摻雜石墨烯對SO2 的氧化機理研究 340
12．3 雙層石墨烯縫隙內SO2 的水化與氧化 341
12．3．1 SO2 的氧化及水化 341
12．3．2 受限空間對亞硫酸氧化的影響 343
12．3．3 受限空間對亞硫酸氧化的作用 349
參考文獻 350
總結與展望/ 352
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