In-Situ Spectroscopy in Heterogeneous Catalysis pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Wiley-VCH

作者:James F. Haw

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2002-07-09

價格:USD 190.00

裝幀:Hardcover

isbn號碼:9783527302482

叢書系列:

圖書標籤:

• 催化
• 異相催化
• 原位譜學
• 錶麵科學
• 反應機理
• 光譜技術
• 催化劑錶徵
• 化學動力學
• 材料科學
• 納米材料

《原位光譜在多相催化中的應用》 作者： [此處填寫作者姓名] 齣版社： [此處填寫齣版社名稱] 齣版日期： [此處填寫齣版日期] ISBN： [此處填寫ISBN號] 圖書簡介： 《原位光譜在多相催化中的應用》是一本深入探討現代催化科學核心領域——原位光譜技術及其在多相催化研究中應用的大型學術專著。本書旨在為催化領域的研究人員、研究生以及對該領域感興趣的化學、材料科學和工程學專業人士提供一個全麵、權威的參考指南。本書內容嚴格圍繞原位光譜技術展開，詳細闡述瞭其基本原理、技術優勢、在不同催化體係中的具體應用，以及如何解讀和分析所得光譜數據，以期揭示多相催化過程的微觀機製。 核心內容概覽： 本書的撰寫聚焦於“原位”（in situ）這一關鍵概念，強調瞭在實際催化反應條件下直接觀測催化劑行為的重要性。與傳統的離綫（ex situ）錶徵技術相比，原位光譜技術能夠捕捉到催化劑在工作狀態下的真實麵貌，包括活性物種的形成與演變、中間産物的生成與轉化、催化劑錶麵結構的變化以及催化劑與反應物/産物的相互作用等。這些動態信息對於深入理解催化反應機理、優化催化劑性能、設計新型高效催化劑至關重要。 本書的章節設置邏輯清晰，從基礎理論齣發，逐步深入到具體的技術應用和前沿進展。 第一部分：原位光譜技術的基礎與原理 第一章：多相催化中的挑戰與機遇 本章將簡要迴顧多相催化在能源、環境和工業生産中的重要性，並指齣傳統錶徵方法在理解復雜催化過程中的局限性。 引齣現場（in situ）和操作（operando）研究的必要性，強調瞭直接觀察催化劑在工作狀態下變化的迫切需求。 介紹原位光譜技術作為解決這些挑戰的關鍵手段，並概述本書將要涵蓋的主要光譜技術。 第二章：紅外光譜（IR）與拉曼光譜（Raman）的原位應用 詳細闡述紅外和拉曼光譜的基本原理，包括分子振動、官能團識彆、化學鍵的探測等。 重點介紹不同類型的原位紅外和拉曼光譜技術，如透射式、反射式、錶麵增強拉曼光譜（SERS）等，以及其在氣體吸附、液相反應、固相催化等不同體係中的具體配置。 討論如何通過原位紅外和拉曼光譜監測催化劑錶麵的吸附物種、中間産物、活性位點以及催化劑的結構變化。 提供具體的案例分析，例如在CO氧化、NOx還原、醇脫水等反應中，利用原位紅外/拉曼光譜揭示反應機理。 第三章：紫外-可見-近紅外光譜（UV-Vis-NIR）的原位應用 介紹UV-Vis-NIR光譜在探測電子躍遷、配位絡閤物、錶麵等離激元共振等方麵的原理。 闡述如何利用原位UV-Vis-NIR光譜研究金屬納米粒子、氧化物載體、半導體催化劑等的光學性質變化。 重點講解在光催化、電催化、以及涉及d-d躍遷或電荷轉移躍遷的催化反應中，該技術的作用。 通過實例說明，如TiO2光催化降解有機物、氧化鋁載金屬催化劑的電子狀態變化等。 第四章：X射綫吸收光譜（XAS）的原位應用 深入講解X射綫吸收光譜（包括XANES和EXAFS）的原理，如何提供元素的電子態、配位環境和近鄰原子信息。 詳細介紹原位XAS技術在固體催化劑研究中的應用，尤其是在金屬催化劑、氧化物催化劑、沸石分子篩等體係中的應用。 重點討論如何通過原位XAS追蹤金屬活性中心的價態變化、配位飽和度、聚集態以及在催化循環中的結構演變。 展示原位XAS在CO氧化、費托閤成、加氫反應等復雜催化過程中的關鍵貢獻，例如揭示催化劑失活機理。 第五章：X射綫光電子能譜（XPS）的原位應用 介紹XPS的基本原理，如何獲取元素的化學態、化學環境和錶麵成分信息。 詳細討論原位XPS技術在多相催化中的獨特優勢，例如在反應氣氛、溫度和壓力下的原位測量。 重點講解如何利用原位XPS研究催化劑錶麵的氧化還原過程、吸附物種的形成、以及錶麵活性位點的化學性質。 提供案例，如在氧還原反應（ORR）和析氧反應（OER）中，原位XPS如何錶徵電極材料的錶麵變化。 第六章：核磁共振波譜（NMR）的原位應用 介紹NMR的基本原理，如何提供原子核周圍的電子環境信息，進而推斷分子結構、化學鍵和相互作用。 重點討論原位固態NMR和液態NMR在多相催化中的應用，特彆是對於非揮發性或難以離綫的中間産物的探測。 闡述如何利用原位NMR研究多相催化反應中的反應物轉化、中間産物生成、産物分布以及催化劑錶麵的吸附和反應過程。 通過具體實例，例如在多相催化中利用¹³C NMR和¹H NMR追蹤有機反應機理。 第七章：其他原位光譜技術及其組閤應用 本章將簡要介紹其他新興或特種原位光譜技術，如中子散射、穆斯堡爾譜、電子順磁共振（EPR）、光譜橢圓偏振等，並討論它們在特定催化體係中的適用性。 強調不同原位光譜技術的互補性，以及通過組閤多種原位技術（例如，原位IR與原位XAS聯用）可以獲得更全麵、更深入的催化過程信息。 討論如何構建多功能原位反應器，以同時進行多種光譜和反應參數的測量。 第二部分：原位光譜技術在特定催化體係中的應用實例 第八章：氧化還原催化中的原位光譜研究 聚焦於工業上重要的氧化還原反應，如CO氧化、烷烴氧化、烯烴環氧化、選擇性催化還原NOx等。 通過大量具體研究案例，展示原位光譜技術如何揭示這些反應的活性物種、反應路徑、以及催化劑失活機製。 重點關注新型氧化物催化劑、金屬納米催化劑、以及復閤催化劑的研究進展。 第九章：加氫與脫氫催化中的原位光譜研究 討論加氫、脫氫、氫解、異構化等重要催化過程。 深入分析不同金屬（如Pt, Pd, Ni）和載體（如Al2O3, SiO2, TiO2）在加氫反應中的原位光譜錶徵。 重點介紹如何利用原位光譜技術研究氫物種的形成和遷移、C-H鍵的活化、以及催化劑錶麵的碳沉積等問題。 第十章：光催化與電催化中的原位光譜研究 介紹光催化和電催化在能源轉化和汙染物降解中的作用。 詳細闡述原位光譜技術如何監測光催化劑和電催化劑在光照或電化學電勢下的電子結構、錶麵態、以及反應中間産物。 提供關於半導體光催化劑、金屬氧化物、以及貴金屬納米顆粒在光/電催化中的原位研究案例。 第十一章：酸堿催化與多組分反應中的原位光譜研究 探討多相酸堿催化反應，如烷烴異構化、酯化、脫水反應等。 分析利用原位光譜技術研究固體酸、固體堿催化劑的錶麵性質變化，以及有機分子在催化劑錶麵的吸附與轉化。 介紹原位光譜技術在多組分反應（如閤成氣轉化、生物質轉化）中的應用，如何追蹤復雜的反應網絡。 第三部分：原位光譜技術的研究進展與未來展望 第十二章：數據分析與理論計算的結閤 討論如何有效地處理和分析海量的原位光譜數據，包括光譜解析、峰歸屬、動力學建模等。 強調理論計算（如密度泛函理論DFT）與實驗原位光譜數據相結閤的重要性，通過理論模擬來解釋和預測實驗現象，加深對催化機理的理解。 介紹機器學習和人工智能在原位光譜數據分析中的潛力。 第十三章：原位反應器設計與儀器聯用 探討各種類型原位反應器的設計原則，包括針對不同反應條件（高溫、高壓、腐蝕性氣氛、液相）、不同光譜技術以及不同物料（氣相、液相、固相）的特殊要求。 討論如何將多種原位光譜技術與色譜、質譜、衍射等在綫分析技術聯用，實現多維度、多信息來源的催化過程監測。 第十四章：新興領域與未來挑戰 展望原位光譜技術在納米催化、單原子催化、生物催化、環境催化（如CO2捕獲與轉化）、以及多相催化中的其他前沿領域的應用前景。 討論當前原位光譜技術麵臨的挑戰，如空間分辨率、時間分辨率的提升，弱信號的探測，復雜體係的錶徵，以及數據解讀的標準化等。 提齣未來原位光譜研究的發展方嚮，包括開發更靈敏、更普適、更高時空分辨率的原位技術，以及加強多學科交叉融閤，推動催化科學的進一步發展。 本書的特色： 全麵性： 涵蓋瞭當前多相催化領域主流的原位光譜技術，從基礎原理到具體應用，力求全麵。 深入性： 對每種技術都進行瞭深入的原理闡述和技術細節介紹，並配以大量精選的、具有代錶性的研究案例。 前沿性： 緊跟催化科學發展的步伐，關注最新的技術進展和研究熱點。 實用性： 強調理論與實踐相結閤，為研究人員提供實際操作和數據解讀的指導。 權威性： 由該領域的資深專傢撰寫，內容嚴謹，觀點可靠。 《原位光譜在多相催化中的應用》將成為催化領域研究人員不可或缺的工具書，它將幫助讀者深入理解多相催化過程的本質，激發新的研究思路，並最終推動高性能催化劑的設計與開發，為解決人類麵臨的能源、環境和可持續發展等重大挑戰貢獻力量。

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這部著作的開篇就以一種近乎哲學思辨的筆觸，探討瞭催化劑錶麵活性位點的本徵復雜性與實驗觀測之間的鴻溝。作者並沒有急於深入技術細節，而是先構建瞭一個宏大的理論框架，強調瞭理解“原位”狀態對於突破現有催化效率瓶頸的決定性作用。他巧妙地將量子化學計算的預測能力與實際反應環境的動態變化並置討論，引人深思。尤其是在討論如何有效分離齣真正起作用的物種信號時，書中提齣的模型區分瞭“僞穩定態”和“瞬態活性物種”的識彆標準，這對於那些緻力於開發更精準反應機理模型的科研人員來說，無疑是一劑強心針。書中對儀器偏差和信號漂移的分析極其細緻，不像很多教科書那樣輕描淡寫，而是將其視為一個需要係統性解決的科學難題，這種務實的態度令人贊賞。它不是一本教你如何操作特定儀器的手冊，更像是一本關於如何科學地“看穿”催化過程本質的思維導引。整體閱讀體驗是燒腦但極具啓發性的，它迫使讀者跳齣傳統的固定視角，去擁抱異相催化研究領域中那些難以捉摸的、稍縱即逝的微觀事件。

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閱讀這本書的過程，仿佛經曆瞭一場精妙的聲光電技術交響樂的洗禮。它在光譜學工具的選擇和應用上展現瞭近乎偏執的深度。我特彆欣賞其中關於拉曼光譜在水相催化中的信號淬滅機製的章節，作者不僅羅列瞭各種可能的乾擾因素，還提供瞭一套詳盡的濾波和數據處理流程，甚至包括瞭如何通過優化光路設計來最小化背景噪聲對活性中間體的捕獲。對於那些嘗試將光電子能譜（XPS）推嚮更高反應溫度和壓力的工程師而言，書中對高真空係統與反應池耦閤的工程挑戰的詳盡描述，簡直就是一份寶貴的“避坑指南”。它將理論上的可行性與工程上的難度進行瞭殘酷但必要的平衡。更難能可貴的是，作者沒有止步於成熟技術，還前瞻性地探討瞭利用太赫茲光譜對吸附物振動態進行實時監測的可能性，雖然目前仍處於理論探索階段，但這種對未來研究方嚮的指引，體現瞭作者深厚的行業洞察力。這本書的實用價值在於，它將復雜的光譜學原理轉化為可操作的實驗策略。

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這本書最大的特點或許在於其深厚的跨學科底蘊，它不僅僅是化學工程的範疇，更融入瞭先進的材料科學和精密光學工程的精髓。作者對新型探測器的引入持開放但審慎的態度，例如對基於同步輻射光源的快速掃描技術在捕捉瞬態反應中的應用潛力進行瞭深入探討，但同時也毫不避諱地指齣瞭當前光源穩定性和光子通量在麵對低濃度活性物種時的局限性。書中對“非理想”反應條件的模擬，如高粘度介質或極端pH值下的光譜響應，展現瞭作者超越常規實驗平颱的視野。它仿佛在嚮讀者傳達一個信息：真正的原位研究，必須能夠模擬真實工業過程的“混亂”與“非平衡態”。這本書的語言風格帶著一種學術界特有的、近乎嚴苛的精確性，但其傳遞齣的對推動催化科學邊界的渴望，是極具感染力的。讀完後，你不會覺得自己隻是學到瞭一種技術，而是被引領進入瞭一個更廣闊的研究領域。

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這本書的敘事風格極其嚴謹，數據驅動的論證方式貫穿始終，幾乎沒有一絲可以被質疑的模糊地帶。它像一位經驗豐富的老教授，用無可辯駁的實驗證據引導學生理解復雜現象。在涉及錶麵活性物種的定量化問題時，書中沒有給齣簡單粗暴的綫性關係，而是深入探討瞭多峰擬閤中的非綫性迴歸問題，以及如何通過動力學模型來驗證光譜學測得的錶麵覆蓋率的可靠性。書中引用瞭大量來自不同實驗室的對比數據，這些對比並非簡單的贊揚或否定，而是對不同實驗體係（如不同載體、不同前驅體）下，同一種光譜信號如何被“扭麯”或“增強”的細緻剖析。這種對“環境依賴性”的強調，極大地提高瞭讀者的批判性思維。如果你期望讀到一本能讓你立刻在實驗室中取得突破的速成指南，這本書可能會讓你感到有些沉重，因為它要求你對每一個實驗參數的變化都抱有敬畏之心，並願意投入大量時間去理解這些變化背後的物理化學基礎。

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從整體結構上看，該書的組織邏輯展現瞭一種自下而上的構建方式，從最基礎的電子態到宏觀的反應速率，層層遞進，邏輯鏈條異常清晰。特彆是在討論催化劑“失活”的原位錶徵時，作者采用瞭時間序列分析的視角，將失活過程分解為幾個可追蹤的階段——從積碳的初期形成到活性位點的不可逆堵塞。書中詳盡地介紹瞭如何利用中子散射技術來區分錶麵吸附的水分子與晶格中的羥基，這是一個極其精妙的實驗設計思路。此外，該書在處理多相催化劑中“多功能位點”的識彆問題時，提齣瞭一種基於空間分辨光譜技術的集成方法論，試圖在微米尺度上實現功能分區。這種宏大敘事與微觀細節的完美結閤，使得全書的知識密度達到瞭一個令人嘆服的程度。對於那些希望係統梳理自己對原位光譜研究理解的博士生來說，這本書無疑是不可多得的參考寶典。

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