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出版者:Elsevier Science Ltd

作者:Adamson, Kerry-Ann

出品人:

页数:152

译者:

出版时间:2007-11

价格:$ 114.13

装帧:HRD

isbn号码:9780080451183

丛书系列:

图书标签:

Fuel Cells
Stationary Power
Energy Conversion
Electrochemistry
Hydrogen
Power Generation
Renewable Energy
Energy Technology
Materials Science
Engineering

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具体描述

Fuel cells are, according to some, the answer to the future problems of energy resources. Rather than solve those problems alone, they will doubtless form part of a growing group of alternative energy sources such as wind, tidal, photovoltaic and nuclear sources which will reduce our dependence on oil. Stationary fuel cells are the kind used mainly for home, office and large-scale power plants. For those seeking a current overview of stationary fuel cells, their status and applications, market developments, market players, economics and future potential, this is where to look. Not a purely engineering textbook, it is designed to provide potential adopters of fuel cells with the information needed to make sensible decisions, and as such it is unique. *Expert summary of current and future status *Decision-making aid for non-engineers *Increasingly important fuel source

现代材料科学前沿：纳米结构与界面效应研究作者：知名物理化学家团队史密斯 (A. Smith), 陈 (B. Chen), 维拉尼 (C. Verani) 领衔出版社：环球学术出版社 (Global Academic Press) ISBN： 978-1-938877-65-4 页数： 780 页装帧：精装出版日期： 2024年春季 --- 内容概述《现代材料科学前沿：纳米结构与界面效应研究》是一部全面、深入探讨当前材料科学研究热点，特别是纳米尺度物质特性调控与复杂界面物理化学行为的权威专著。本书旨在为高年级本科生、研究生、博士后研究人员以及在先进材料、催化、能源存储和微电子领域工作的专业工程师提供一个理解和掌握前沿理论模型与实验技术的综合平台。全书共分为六大部分，涵盖了从基础理论到尖端应用的广泛主题。我们聚焦于如何通过精确控制材料的尺寸、形貌以及在不同相态接触时形成的界面层，来实现对宏观性能的精准调控。 --- 第一部分：纳米结构构建与表征基础 (Pages 1-150) 本部分奠定了理解纳米材料行为的基础，重点关注制备方法论和高精度表征技术。第1章：尺寸效应与量子限制理论回顾详细阐述了当材料尺寸进入纳米量级时，热力学、电子结构和光学性质发生的根本性转变。引入了量子点（Quantum Dots）、纳米线（Nanowires）和二维材料（2D Materials）的能带理论模型，并讨论了表面能对纳米颗粒稳定性的主导作用。第2章：自下而上与自上而下的合成策略深入比较了化学气相沉积 (CVD)、原子层沉积 (ALD)、溶剂热合成法 (Solvothermal Synthesis) 以及模板法在构建具有精确形貌和结构均匀性的纳米结构中的优劣。特别分析了如何通过调控反应动力学和热力学参数，实现晶体生长取向和缺陷态的控制。第3章：先进表征技术：原子尺度的洞察着重介绍了现代材料分析的核心工具：高分辨率透射电子显微镜 (HR-TEM) 及其配套的能量分散X射线光谱 (EDX) 和电子能量损失谱 (EELS)，用于确定局部化学环境和晶格畸变。此外，还详细阐述了扫描隧道显微镜 (STM) 和原子力显微镜 (AFM) 在表面形貌和电子态成像中的应用，包括非接触式模式下的力学性能分析。 --- 第二部分：复杂界面物理化学 (Pages 151-300) 界面是材料性能差异化的核心区域。本部分深入探讨了固-固、固-液、固-气界面处的物质迁移、电荷转移和结构弛豫现象。第4章：界面热力学与能垒模型构建了描述界面能量、双层结构和表面张力的数学框架。讨论了如何利用密度泛函理论 (DFT) 计算界面结合能，并引入了吉布斯吸附等温线在研究表面活性剂或杂质对界面能影响中的应用。第5章：界面电荷转移与电子结构重构聚焦于异质结（Heterojunctions）的形成。分析了不同材料接触时引起的肖特基势垒（Schottky Barrier）的形成机理，以及界面缺陷如何导致界面态的产生，这对于半导体器件的性能至关重要。探讨了光照或电场作用下界面处的载流子分离与复合过程。第6章：界面扩散与晶界迁移研究了在高温或高应力下，原子如何在晶界（Grain Boundaries）和相界面上快速扩散的机制。结合分子动力学模拟（MD Simulation），揭示了扩散路径的能量学偏好，并讨论了晶界工程在提高材料烧结性能和蠕变抗性中的作用。 --- 第三部分：纳米催化与表面反应动力学 (Pages 301-450) 本部分是本书的重点之一，专门针对纳米材料在催化反应中的高活性和选择性。第7章：活性位点识别与结构敏感性阐述了催化剂的“活性位点”概念，强调了不同晶面、缺陷位点（如台阶、边缘原子）对催化反应能垒的显著影响。引入了原位光谱技术（如XPS、IRRAS）在实时监测反应过程中表面物种变化的应用。第8章：单原子催化剂 (SACs) 的设计与性能全面回顾了将活性金属物种锚定在载体材料上的单原子催化剂的研究进展。重点分析了配位环境（如N-C结构、氧空位）如何稳定单原子并调控其电子态，从而实现超高的原子利用率和优异的反应选择性，特别是在电催化析氧反应（OER）和二氧化碳还原（CO2RR）中的应用。第9章：多相催化反应机理：从吸附到脱附利用表面反应网络理论，系统梳理了多步反应路径中的决速步（Rate-Determining Step）分析方法。讨论了如何通过表面改性（如贵金属纳米颗粒的核壳结构设计）来优化中间产物的稳定化，从而降低整体反应活化能。 --- 第四部分：先进能源存储材料的界面挑战 (Pages 451-600) 本部分聚焦于电池和超级电容器领域，强调界面稳定性对长寿命和高功率密度的影响。第10章：固态电解质与电极界面的稳定性深入分析了在锂离子电池和下一代固态电池中，固体电解质与高电压正极材料接触时形成的界面相（SEI/CEI的固态对应物）。研究了界面阻抗的来源，以及如何通过界面包覆层（如ALD沉积的氧化物薄膜）来抑制界面副反应和枝晶生长。第11章：高熵合金与复杂氧化物在储能中的应用探讨了引入多组分合金体系（高熵合金）或复杂多价态氧化物（如钙钛矿结构）对改善电荷传输速率和结构稳定性的潜力。关注这些材料中晶格缺陷和位错如何影响离子迁移率。第12章：电化学界面的原位分析技术详细介绍了原位/准原位技术，如原位X射线吸收谱 (XAS) 和中子衍射，用于实时监测电极材料在充放电循环过程中的相变和体积变化，揭示导致容量衰减的微结构演变。 --- 第五部分：纳米电子学与光电器件的界面工程 (Pages 601-700) 本部分涵盖了纳米尺度电子学、自旋电子学以及光电转换器件中的界面调控策略。第13章：二维材料的异质结构建与范德华相互作用重点讨论了石墨烯、二硫化钼等二维材料通过范德华力堆叠形成具有特定能带排列的异质结。分析了层间距变化如何调控载流子分离效率，以及在柔性电子器件中的应用潜力。第14章：铁电体与半导体的界面效应研究了铁电薄膜与硅基半导体接触时，通过“电场效应”调控半导体表面能带结构的方法（如铁电场效应晶体管）。讨论了界面极化对沟道电荷分布的持久影响。第15章：界面缺陷在光伏材料中的载流子陷阱以钙钛矿太阳能电池为例，分析了有机-无机界面和晶界处形成的不稳定缺陷态如何成为非辐射复合中心。介绍了钝化技术（如有机胺盐处理）以降低界面陷阱密度，提高光电转换效率。 --- 第六部分：先进材料模拟与计算方法 (Pages 701-780) 本部分介绍了理论计算工具在预测和解释材料界面行为中的关键作用。第16章：从第一性原理到介观尺度模拟概述了从量子力学（如DFT）计算电子结构和界面能量，到分子动力学（MD）模拟原子运动和输运性质的计算流程。重点讨论了如何将微观模拟结果通过多尺度建模桥接到宏观性能预测。第17章：机器学习在材料筛选中的应用介绍了如何利用已有的实验和模拟数据，训练机器学习（ML）模型来加速新型纳米材料和界面结构的设计与筛选，特别是针对高通量计算筛选的效率提升策略。 --- 总结与展望《现代材料科学前沿：纳米结构与界面效应研究》不仅是一部知识的汇编，更是一本面向未来的研究指南。它强调了在纳米尺度上，材料的结构、界面化学与最终功能之间存在着深刻且不可分割的联系。本书鼓励研究人员超越单一相态的考虑，转而关注复杂的相接触区域，以期设计出具有突破性性能的新一代先进功能材料。本书对当前物理化学、材料工程以及器件物理的研究具有重要的参考和指导价值。