分子器件與分子機(jī)器

前言

幾年前，由于人們對能表現(xiàn)出有用功能的超分子體系的興趣愈濃，我們感覺有必要撰寫一部專著來做一些介紹，以及在整體上對這個科學(xué)研究前沿做個總的概述。因此我們決定撰寫《分子器件和分子機(jī)器——通向納米世界的捷徑》這本書，該書于2003年2月由Wiley—VCH出版社出版。此書被學(xué)界廣為接受和歡迎，被多個最重要的科學(xué)期刊引用和評述。2005年，這本書由田禾教授和王利民教授（華東理工大學(xué)，上海）翻譯成中文，并由中國化學(xué)工業(yè)出版社（北京）出版。該書的日語版也即將由NTS（東京）出版。最近幾年，人們對設(shè)計、合成及操作人工分子器件和機(jī)器的興趣逐漸增加。也涌現(xiàn)出很多新的基本觀念并涉及了許多新的體系。在2006年春天，Wiley-VCH告訴我們第一版的書還有一些印刷版，并建議不要重新印刷，他們認(rèn)為出版此專著的新版本將對科學(xué)界更為有用。和幾個同僚商量后，我們確實認(rèn)識到是時候修訂及更新《分子器件和分子機(jī)器——通向納米世界的捷徑》這本書了，我們保留了書名，但修改了副標(biāo)題以強(qiáng)調(diào)這是同一本書的新版本?！斗肿悠骷头肿訖C(jī)器——納米世界的概念和前景》的確保持了原版的基本結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)容卻有了充分的改變，為了幫助讀者認(rèn)識新興的發(fā)展趨勢，書中關(guān)于基本原理的章節(jié)大部分進(jìn)行了重寫。如關(guān)于電子及能量轉(zhuǎn)移等基本過程的討論，認(rèn)識分子器件及分子機(jī)器與宏觀世界的相似之處，理解納米世界具有許多不一般的特征（并不像科幻電影、電視劇和小說里的那樣），另外關(guān)于特殊器件和機(jī)器的章節(jié)也同時進(jìn)行了更新和改進(jìn)，并加入了一些新的章節(jié)。和第一版一樣，本書中所涉及的概念都用例證來加以說明，并增加了一些最近出版的期刊上的例子。雖然此書主要關(guān)注人工的分子水平的器件和機(jī)器，但我們也向讀者介紹了一些自然界的和仿生的體系，以此讓讀者認(rèn)識“自然”和“人工”之間復(fù)雜性的差異是如此之大，同時也讓讀者體驗到生活中材料方面所存在的美妙的化學(xué)機(jī)理。其中有一章舉例介紹了基于多相或固態(tài)體系的器件和機(jī)器，這個體系比起溶液體系更接近于實際應(yīng)用。附錄中的術(shù)語表以及主體索引都經(jīng)過了修訂和擴(kuò)展。

內(nèi)容概要

本書是關(guān)于分子器件與分子機(jī)器領(lǐng)域的學(xué)術(shù)專著，是在《分子器件與分子機(jī)器——通向納米世界的捷徑》的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂和更新的。本月保持了原版的基本結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)容上關(guān)注了相關(guān)領(lǐng)域的相關(guān)趨勢。全書對基本概念，用于處理電子和能量的分子機(jī)器，存儲器、邏輯門和相關(guān)體系以及該領(lǐng)域科學(xué)家所扮演的社會角色進(jìn)行了闡述。    本書不僅對在化學(xué)、物理、生物和納米技術(shù)領(lǐng)域從事研究活動的科學(xué)家有重大意義，它同時可以補(bǔ)充并作為高年級本科生及研究生的學(xué)習(xí)教材。

作者簡介

作者：(意大利)巴爾扎尼(Vincenzo Balzani) (意大利)Alberto Credi (意大利)Margherita Venturi 譯者：馬驤 田禾

書籍目錄

第1部分 基本概念  第1章 概述    1.1 分子水平的器件和機(jī)器    1.2 納米科學(xué)與納米技術(shù)    1.3 超分子(多組分)化學(xué)    1.4 “化大為小”的方法    1.5 “積小為大”的方法    1.6 “積小為大”分子的堆積    1.7 自組裝和共價合成的設(shè)計    1.8 能量與信號    參考文獻(xiàn)  第2章 通過分子和超分子體系傳遞能量和信號    2.1 概述    2.2 分子電子學(xué)    2.3 分子光子學(xué)    2.4 分子離子學(xué)    2.5 分子電子光子學(xué)      2.5.1 溶液系統(tǒng)      2.5.2 固態(tài)    2.6 分子電子化學(xué)離子學(xué)    2.7 分子光電子學(xué)      2.7.1 均相系統(tǒng)中的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移      2.7.2 非均相系統(tǒng)中光誘導(dǎo)的電荷的產(chǎn)生    2.8 分子光化學(xué)離子學(xué)      2.8.1 光子的釋放或吸收      2.8.2 金屬離子的釋放      2.8.3 陰離子的釋放      2.8.4 分子的釋放      2.8.5 構(gòu)型的變化    2.9 分子化學(xué)光子學(xué)    2.10 分子化學(xué)電子學(xué)    2.11 多輸入／過程      2.11.1 兩種有序的化學(xué)輸入和一個光輸入產(chǎn)生的光發(fā)射      2.11.2 平行的兩個電化學(xué)輸入產(chǎn)生一個有序的化學(xué)和光子的過程      2.11.3 光輸入產(chǎn)生并行和串行的過程    參考文獻(xiàn)第2部分 用于處理電子和能量的分子器件  第3章 光激發(fā)的電子和能量轉(zhuǎn)移的基本原理    3.1 分子和超分子光化學(xué)      3.1.1 分子光化學(xué)      3.1.2 超分子光化學(xué)    3.2 電子傳遞      3.2.1 Marcus理論      3.2.2 量子力學(xué)理論        3.2.2.1 電子因子        3.2.2.2 核因子        3.2.2.3 光電子轉(zhuǎn)移    3.3 能量轉(zhuǎn)移      3.3.1 庫侖機(jī)理      3.3.2 交換機(jī)理    3.4 橋基的作用    參考文獻(xiàn)  第4章 導(dǎo)線及相關(guān)體系    4.1 概述    4.2 導(dǎo)電率的測量方法    4.3 電極上的電子轉(zhuǎn)移過程    4.4 基于光誘導(dǎo)電荷分離的線型體系      4.4.1 概述      4.4.2 雙體、三體和更大的體系      4.4.3 含有金屬絡(luò)合物的共價連接的體系      4.4.4 包含卟啉的共價連接體系      4.4.5 基于有機(jī)化合物的共價相連體系    ……  第5章 分子開關(guān)中的電子轉(zhuǎn)移和能量傳遞過程  第6章 光收集天線  第7章 太陽能轉(zhuǎn)化第3部分 存儲器、邏輯門和相關(guān)體系  第8章 雙穩(wěn)態(tài)和多穩(wěn)態(tài)體系  第9章 邏輯門和邏輯電路第4部分 分子水平上的器件、機(jī)器、馬達(dá)  第10章 基本原理  第11章 自發(fā)的類機(jī)械運動  第12章 與開關(guān)及換位相關(guān)的運動  第13章 DNA納米機(jī)器  第14章 線性運動  第15章 旋轉(zhuǎn)運動  第16章 從溶液到非均相體系第5部分 科學(xué)和社會  第17章 我們這個時代的科學(xué)地位附錄  術(shù)語表  縮略語主題索引

章節(jié)摘錄

插圖：1.8 能量與信號與宏觀世界的機(jī)器和器件一樣，分子機(jī)器與器件的運轉(zhuǎn)也需要能量，并且也需要與操作員進(jìn)行交流的信號。分子機(jī)器與器件屬于化學(xué)體系，因此它們的運轉(zhuǎn)是通過化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行的。廣義地說，意味著電子和核的重排。但是在有些情況下，分子機(jī)器與器件基本上是在電子或能量轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上(未發(fā)生核的重排)發(fā)揮作用的。而在其他某些情況下，分子機(jī)器與器件的運行是基于核在大范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)移。分子機(jī)器與器件運轉(zhuǎn)所需要的能量可以由(i)化學(xué)試劑， (ii)吸收質(zhì)子，(iii)電子得失等途徑提供。鑒于當(dāng)前化學(xué)燃料的短缺以及日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問題，太陽能是首選的理想能源，并且在利用的過程中不會產(chǎn)生廢物。即使在知識經(jīng)濟(jì)的社會，不可再生能源的消耗以及廢棄物的不斷累積的確會帶來非常嚴(yán)峻的問題。我們需要合適的信號來監(jiān)控分子器件與機(jī)器的運行。既然一種由單分子組成的體系在呈現(xiàn)特定功能時也會相應(yīng)改變自身的狀態(tài)，那么任何與這種狀態(tài)改變相關(guān)的信號都可用。在這點上，可以利用任何化學(xué)或物理的技術(shù)。最常用的是光譜技術(shù)(特別是核磁共振譜，Uv-vis吸收光譜和發(fā)光光譜)，對于給體一受體相互作用的系統(tǒng)，電化學(xué)技術(shù)也相當(dāng)有用。

編輯推薦

《分子器件與分子機(jī)器:納米世界的概念和前景(原著第2版)》：當(dāng)代化學(xué)譯叢。

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