無機超分子材料的插層組裝化學

前言

超分子化學是基于分子間相互作用和分子聚集體的化學。研究多種分子間弱相互作用的協(xié)同性、方向性和選擇性，分子識別和分子聚集體的構筑，分子聚集體中的能量傳遞、物質(zhì)傳輸和化學轉(zhuǎn)換等對于解釋一些新的科學現(xiàn)象并提出新的理論具有重要意義。同時，它能夠幫助我們更好地認識信息、能源、生命、環(huán)境和材料學中涉及分子以上層次的問題。十多年來，超分子化學取得了飛速的發(fā)展。其中，關于超分子插層結(jié)構材料與器件的基礎研究是其重要的研究領域。通常認為，插層結(jié)構材料與器件的創(chuàng)制及功能的實現(xiàn)是基于插層組裝技術上的，是在保持層狀主體骨架結(jié)構的前提下，基于超分子化學原理引入功能性客體，從而形成具有主客體特征的超分子插層結(jié)構的。利用超分子組裝原理來構筑插層結(jié)構先進功能材料，特別是以層狀材料為主體經(jīng)二維插層組裝結(jié)構高度有序和具有多種優(yōu)異功能的先進材料和器件，已成為超分子化學領域的關注熱點。該書作者段雪院士及其創(chuàng)新團隊經(jīng)過十余年來的不懈努力，在超分子插層結(jié)構材料與器件的組裝與應用研究中取得了重要進展。他們以國家經(jīng)濟和社會發(fā)展中的實際需求為切入點，同時充分考慮國際相關學術領域的發(fā)展前沿，展開超分子插層結(jié)構研究，特別在超分子插層結(jié)構的理論構筑原則、插層組裝過程的控制以及超分子結(jié)構與功能強化問的科學本質(zhì)等方面，取得了突破性進展。另外，作者在研究中針對超分子插層結(jié)構的控制，基于化工原理，提出了多種組裝方法，有效控制了主體層板結(jié)構和層間客體取向等微觀結(jié)構，以及晶粒尺寸與其分布等介觀形貌，發(fā)展了超分子插層組裝方法學；基于材料學與化學原理，針對功能性對插層結(jié)構的要求，設計并實現(xiàn)了多種超分子插層結(jié)構功能材料的創(chuàng)新。本書的出版將為涉足超分子化學領域的研究生以及對該領域感興趣的初學者提供一本基礎性的教材，并能對讀者起到引導和啟發(fā)的作用。

內(nèi)容概要

超分子化學是基于分子間相互作用和分子聚集體的化學，其研究內(nèi)容涉及多種分子問弱相互作用的協(xié)同性、方向性和選擇性，分子識別和分子聚集體的構筑，分子聚集體中的能量傳遞、物質(zhì)傳輸和化學轉(zhuǎn)換等。本書集北京化工大學段雪院士研究團隊十多年的科研積累，著眼于超分子化學基礎，從插層組裝理論人手，首先介紹了無機超分子插層組裝化學的研究對象和有關領域，然后詳細闡述了插層結(jié)構構筑基元的理論基礎、插層結(jié)構的構筑、插層結(jié)構的性質(zhì)與功能、插層結(jié)構薄膜的構筑和性質(zhì)，最后對石墨、硅酸鹽層狀插層組裝體、磷酸鹽、層狀過渡金屬含氧酸鹽及其插層化合物和鹵化物等無機超分子材料進行了介紹。    本書可供化學化工科學領域的廣大科研、教學、專業(yè)技術人員以及研究生和大學生參考、閱讀。

書籍目錄

序第1章　緒論　1.1　超分子化學概述　　1.1.1　超分子化學的概念　　1.1.2　超分子化學的發(fā)展進程　　1.1.3　超分子化學與其他學科的交叉　1.2　插層組裝化學的定義、研究對象和有關領域　　1.2.1　插層組裝化學的定義　　1.2.2　插層組裝化學的研究對象和有關領域　1.3　無機超分子插層結(jié)構材料簡介　參考文獻第2章　插層結(jié)構構筑基元的理論基礎　2.1　插層結(jié)構的理論計算和模擬方法　　2.1.1　分子力學方法　　2.1.2　分子動力學和蒙特卡羅模擬方法　　2.1.3　量子化學方法　　2.1.4　理論計算與計算機模擬軟件　2.2　類水滑石層板結(jié)構基元的理論基礎　　2.2.1　類水滑石層板結(jié)構構筑的經(jīng)驗規(guī)則　　2.2.2　層板結(jié)構基元的理論分類　2.3　類水滑石插層結(jié)構基元的理論基礎　　2.3.1　類水滑石層板的微觀結(jié)構特征　　2.3.2　類水滑石晶體結(jié)構的理論構建　　2.3.3　類水滑石插層結(jié)構的理論研究進展　參考文獻第3章　插層結(jié)構的構筑　3.1　層狀材料的制備與形貌控制　　3.1.1　晶粒尺寸及其分布的影響因素　　3.1.2　LDHs晶粒尺寸及分布的控制　　3.1.3　酸堿度對晶粒尺寸及分布的影響　　3.1.4　小結(jié)　3.2　插層材料的微觀結(jié)構控制　　3.2.1　主體層板微觀結(jié)構的控制　　3.2.2　層間客體微觀結(jié)構的控制　3.3　插層結(jié)構的構筑原理　　3.3.1　超分子插層結(jié)構熱力學　　3.3.2　超分子插層結(jié)構的反應動力學　　3.3.3　插層組裝的選擇性　參考文獻第4章　插層材料的結(jié)構與功能　4.1　引言　4.2　插層結(jié)構中的超分子作用　　4.2.1　協(xié)同性、方向性和選擇性　　4.2.2　分子識別　　4.2.3　“分子容器”　　　4.3　插層結(jié)構中的電子轉(zhuǎn)移和能量轉(zhuǎn)換　　4.3.1　電子轉(zhuǎn)移　　4.3.2　能量轉(zhuǎn)換　參考文獻第5章　插層結(jié)構薄膜的構筑　5.1　交替層層組裝技術　　5.1.1　技術原理介紹　　5.1.2　LDHs納米片組裝　　5.1.3　LDHs粒子組裝　5.2　溶劑蒸發(fā)技術　　5.2.1　技術原理介紹　　5.2.2　有序LDHs納米結(jié)構薄膜的構筑　5.3　原位生長技術　　5.3.1　技術原理介紹　　5.3.2　以鋁為基體LDHs薄膜的構筑　　5.3.3　以云母為基體固載LDHs薄膜　　5.3.4　以聚苯乙烯為基體制備取向LDHs薄膜　5.4　其他技術　　5.4.1　膠體沉積技術　　5.4.2　Langmuir—Blodgett（LB）技術　　5.4.3　旋轉(zhuǎn)涂膜技術　參考文獻第6章　層狀結(jié)構薄膜的性質(zhì)第7章　其他典型層狀結(jié)構概述　參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：超分子化學是基于分子間相互作用和分子聚集體的化學。研究多種分子間弱相互作用的協(xié)同性、方向性和選擇性，分子識別和分子聚集體的構筑，分子聚集體中的能量傳遞、物質(zhì)傳輸和化學轉(zhuǎn)換等對于解釋一些新的科學現(xiàn)象并提出新的理論具有重要意義。同時，它能夠幫助我們更好地認識信息、能源、生命、環(huán)境和材料學中涉及分子以上層次的問題。十多年來，超分子化學取得了飛速的發(fā)展。其中，關于超分子插層結(jié)構材料與器件的基礎研究是其重要的研究領域。通常認為，插層結(jié)構材料與器件的創(chuàng)制及功能的實現(xiàn)是基于插層組裝技術上的，是在保持層狀主體骨架結(jié)構的前提下，基于超分子化學原理引入功能性客體，從而形成具有主客體特征的超分子插層結(jié)構的。利用超分子組裝原理來構筑插層結(jié)構先進功能材料，特別是以層狀材料為主體經(jīng)二維插層組裝結(jié)構高度有序和具有多種優(yōu)異功能的先進材料和器件，已成為超分子化學領域的關注熱點。該書作者段雪院士及其創(chuàng)新團隊經(jīng)過十余年來的不懈努力，在超分子插層結(jié)構材料與器件的組裝與應用研究中取得了重要進展。他們以國家經(jīng)濟和社會發(fā)展中的實際需求為切入點，同時充分考慮國際相關學術領域的發(fā)展前沿，展開超分子插層結(jié)構研究，特別在超分子插層結(jié)構的理論構筑原則、插層組裝過程的控制以及超分子結(jié)構與功能強化問的科學本質(zhì)等方面，取得了突破性進展。另外，作者在研究中針對超分子插層結(jié)構的控制，基于化工原理，提出了多種組裝方法，有效控制了主體層板結(jié)構和層間客體取向等微觀結(jié)構，以及晶粒尺寸與其分布等介觀形貌，發(fā)展了超分子插層組裝方法學；基于材料學與化學原理，針對功能性對插層結(jié)構的要求，設計并實現(xiàn)了多種超分子插層結(jié)構功能材料的創(chuàng)新。本書的出版將為涉足超分子化學領域的研究生以及對該領域感興趣的初學者提供一本基礎性的教材，并能對讀者起到引導和啟發(fā)的作用。

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