隨著化學(xué)理論的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，理論與計(jì)算化學(xué)將在催化領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。為此，本書詳細(xì)介紹了工業(yè)催化理論與計(jì)算化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，講解如何采用理論計(jì)算的方法解決催化實(shí)踐中的問(wèn)題，闡述了催化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，以及催化實(shí)踐對(duì)理論計(jì)算的需求。
全書共分12章：第1章催化概述、第2章催化基礎(chǔ)理論、第3章計(jì)算方法與軟件、第4章負(fù)載型催化劑、第5章分子篩結(jié)構(gòu)特性及催化反應(yīng)機(jī)制的理論計(jì)算研究、第6章二維納米催化材料、第7章電化學(xué)催化、第8章光催化、第9章理論計(jì)算在石油與天然氣催化轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用、第10章理論計(jì)算在煤轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用、第11章理論計(jì)算在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用、第12章理論計(jì)算在環(huán)境催化中的應(yīng)用。
《催化理論與計(jì)算》可作為高等院�；瘜W(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝及相近專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生的教材或教學(xué)參考書，亦可供從事有關(guān)科研、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的科技人員及工程技術(shù)人員閱讀參考。
《催化理論與計(jì)算》有助于工業(yè)催化的工程技術(shù)人員掌握理論與計(jì)算化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí)理論與計(jì)算化學(xué)的方法解決催化實(shí)踐中的問(wèn)題；
《催化理論與計(jì)算》向理論與計(jì)算化學(xué)的科技工作者闡述了催化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，以及催化實(shí)踐對(duì)理論計(jì)算的需求；
《催化理論與計(jì)算》可作為高等院�；瘜W(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與技術(shù)及相近專業(yè)高年級(jí)本科生、研究生的教材或教學(xué)參考書，亦可供從事有關(guān)科研、設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的教師、科技人員及工程技術(shù)人員閱讀參考。
催化是支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái)，以解決催化領(lǐng)域關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題為目標(biāo)，催化理論與計(jì)算相關(guān)研究得以蓬勃發(fā)展，成為化學(xué)領(lǐng)域發(fā)展較為迅速的一個(gè)學(xué)科分支。這些研究工作加深了人們對(duì)催化現(xiàn)象微觀層次的認(rèn)識(shí)，助推催化研究逐漸進(jìn)入分子工程研究的新階段。隨著化學(xué)理論的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，可以預(yù)期，理論與計(jì)算化學(xué)將在催化領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
采用理論計(jì)算的方法解決催化實(shí)踐中的問(wèn)題需要多學(xué)科交叉合作。首先要在工業(yè)催化實(shí)踐中提煉出關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，其次要將這些問(wèn)題抽象為簡(jiǎn)潔通用的化學(xué)反應(yīng)模型，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為可用數(shù)學(xué)運(yùn)算解決的科學(xué)模型，并采用高性能計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算加以解決，后將運(yùn)算結(jié)果用化學(xué)的語(yǔ)言表述出來(lái)，并用于指導(dǎo)催化實(shí)踐。
目前我國(guó)尚缺乏較為系統(tǒng)地講解催化理論與計(jì)算的教材。本書編寫的初衷正是為催化專業(yè)人才的培養(yǎng)提供一本較為全面的參考書。本書詳細(xì)講解了理論與計(jì)算化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，通過(guò)實(shí)例啟發(fā)讀者如何使用理論與計(jì)算化學(xué)這一方法解決制約催化反應(yīng)效率提升的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。本書還介紹了催化技術(shù)的發(fā)展，以及催化實(shí)踐對(duì)理論計(jì)算的需求。
本書各章編寫工作的主要負(fù)責(zé)人分別是：第1章，王建成；第2章，焦研；第3章，于小虎；第4章，馮剛；第5章，鄭安民；第6章，羅其全；第7章，王濤；第8章，岑望來(lái)；第9章，張榮斌；第10章，李哲；第11章，李強(qiáng)；第12章，岑望來(lái)；總結(jié)與展望，周健。本人主要負(fù)責(zé)確定本書的編寫思想、制定各章節(jié)的主要內(nèi)容以及統(tǒng)稿等工作。
值此付梓之際，特向各位支持及參編的老師致以感謝。并特別感謝指引我走上催化道路的導(dǎo)師太原理工大學(xué)高峰教授，中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所朱珍平研究員、焦海軍研究員和霍春芳研究員，德國(guó)柏林洪堡大學(xué)Joachim Sauer教授和西班牙催化與石油化工研究所Verónica Ganduglia-Pirovano教授，是他們指導(dǎo)我走上了理論催化的研究方向。感謝中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院孔德金教授，在他的指導(dǎo)下我學(xué)習(xí)了一些工業(yè)催化的研發(fā)知識(shí)。感謝國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)石油化工股份有限公司上海石油化工研究院、江西省教育廳、江西省科技廳等單位對(duì)本人科研和教學(xué)工作的資助和支持，這使我能夠潛心催化研究和教學(xué)工作。本教材的出版還得到了南昌大學(xué)本科教材出版資助項(xiàng)目的支持。
催化科學(xué)與技術(shù)涉及和包含的知識(shí)非常廣，本書將重點(diǎn)放在關(guān)于多相催化的實(shí)例分析和理論計(jì)算上，對(duì)均相催化著墨不多。此外，由于編者水平有限，本書難免存在疏漏，希望使用本書的同行不吝提出批評(píng)和修改意見，我們將在后續(xù)的版本中努力更正。
馮 剛
2021年8月
第1 章 催化概述/ 1
1.1 催化發(fā)展概述 2
1.1.1 早期催化現(xiàn)象研究 2
1.1.2 20 世紀(jì)初期至第二次世界大戰(zhàn)期間的發(fā)展階段 5
1.1.3 1945 年至20 世紀(jì)80 年代工業(yè)催化繁榮階段 7
1.1.4 20 世紀(jì)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(duì)催化現(xiàn)象的認(rèn)識(shí) 10
1.2.2 催化理論與觀點(diǎn) 12
1.3 計(jì)算化學(xué)與工業(yè)催化的結(jié)合 13
1.3.1 計(jì)算化學(xué)概述 13
1.3.2 計(jì)算化學(xué)在催化研究中的作用 16
1.3.3 總結(jié) 21
參考文獻(xiàn) 22
第2 章 催化基礎(chǔ)理論/ 24
2.1 熱力學(xué) 24
2.1.1 宏觀世界與微觀體系的關(guān)系 25
2.1.2 系綜、配分函數(shù)和熱力學(xué)變量 26
2.1.3 熱力學(xué)應(yīng)用 32
2.1.4 小結(jié) 37
2.2 過(guò)渡態(tài) 37
2.2.1 過(guò)渡態(tài)與反應(yīng)速率 37
2.2.2 過(guò)渡態(tài)計(jì)算方法 40
2.2.3 零點(diǎn)能修正 43
2.3 微觀動(dòng)力學(xué) 43
2.3.1 基元表面反應(yīng)的微觀動(dòng)力學(xué) 43
2.3.2 基元反應(yīng)的表觀活化能 45
2.3.3 表面非基元反應(yīng)的微觀動(dòng)力學(xué) 46
2.4 吸附與擴(kuò)散 49
2.4.1 關(guān)于吸附 49
2.4.2 物理吸附和化學(xué)吸附 49
2.4.3 計(jì)算化學(xué)視角下的化學(xué)吸附現(xiàn)象 50
2.4.4 分子模擬的吸附現(xiàn)象 54
2.4.5 表面擴(kuò)散 55
2.5 d 帶中心理論 56
2.6 線性縮放關(guān)系和Br?nsted-Evans-Polanyi（BEP）關(guān)系 59
2.7 描述符與火山曲線 61
參考文獻(xiàn) 62
第3 章 計(jì)算方法與軟件/ 64
3.1 量子化學(xué)方法 64
3.1.1 波函數(shù)和微觀粒子的狀態(tài) 65
3.1.2 物理量和算符 66
3.1.3 本征態(tài)、本征值和Schrdinger方程 66
3.1.4 態(tài)疊加原理 67
3.1.5 Pauli（泡利）原理 67
3.1.6 量子化學(xué)計(jì)算方法 67
3.2 密度泛函理論 69
3.2.1 密度泛函理論簡(jiǎn)介 70
3.2.2 密度泛函理論的發(fā)展 72
3.3 分子動(dòng)力學(xué) 74
3.3.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬的基本原理和算法 75
3.3.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬中力的計(jì)算 76
3.3.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬的系綜 77
3.3.4 分子動(dòng)力學(xué)模擬在催化中的應(yīng)用 77
3.4 振動(dòng)光譜 81
3.4.1 振動(dòng)光譜的計(jì)算 81
3.4.2 振動(dòng)光譜在催化研究中的示例 84
3.5 機(jī)器學(xué)習(xí) 85
3.5.1 機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理 85
3.5.2 機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合計(jì)算材料用于催化劑設(shè)計(jì) 92
3.6 計(jì)算模型 99
3.7 常用計(jì)算軟件 101
3.7.1 全電子計(jì)算軟件包 102
3.7.2 贗勢(shì)計(jì)算軟件包 103
參考文獻(xiàn) 106
第4 章 負(fù)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(wěn)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(dòng)力學(xué)特性 116
4.1.6 單原子催化劑的理論研究 116
4.2 載體負(fù)載的團(tuán)簇催化劑 118
4.2.1 負(fù)載型Cu/Al2O3 催化劑的結(jié)構(gòu)研究 119
4.2.2 金屬團(tuán)簇在載體表面的熱力學(xué)穩(wěn)定性 139
4.2.3 電子態(tài)密度和電荷分析 144
4.2.4 Pt/-Al2O3 催化劑CO2 催化加氫機(jī)理的研究 146
參考文獻(xiàn) 152
第5 章 分子篩結(jié)構(gòu)特性及催化反應(yīng)機(jī)制的理論計(jì)算研究/ 154
5.1 分子篩結(jié)構(gòu)及酸性的理論計(jì)算研究 154
5.1.1 分子篩簡(jiǎn)介 154
5.1.2 分子篩結(jié)構(gòu)特性的理論計(jì)算研究 155
5.1.3 分子篩酸性特性的理論計(jì)算研究 157
5.2 分子篩限域空間內(nèi)吸附和擴(kuò)散性能的理論研究 164
5.2.1 分子篩限域空間內(nèi)擴(kuò)散概述 164
5.2.2 微孔分子篩限域空間內(nèi)的吸附和擴(kuò)散性能研究 165
5.2.3 多級(jí)孔分子篩限域空間內(nèi)的吸附和擴(kuò)散性能研究 168
5.2.4 吸附和擴(kuò)散對(duì)催化反應(yīng)性能的影響 171
5.3 分子篩限域催化反應(yīng)的理論研究 173
5.3.1 分子篩催化反應(yīng)理論計(jì)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(yīng)的理論研究方法 181
5.3.4 總結(jié)與展望 184
參考文獻(xiàn) 184
第6 章 二維納米催化材料/ 187
6.1 單質(zhì)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(guò)渡金屬碳/氮化物 208
6.2.4 過(guò)渡金屬硫化物 212
6.2.5 小結(jié) 217
參考文獻(xiàn) 217
第7 章 電化學(xué)催化/ 220
7.1 HER 機(jī)理模擬和催化劑設(shè)計(jì)策略 220
7.1.1 HER 反應(yīng)機(jī)理的微觀描述 221
7.1.2 總結(jié)與展望 223
7.2 OER 機(jī)理模擬和催化劑設(shè)計(jì)策略 224
7.3 ORR 機(jī)理模擬和催化劑設(shè)計(jì)策略 227
7.3.1 ORR 的反應(yīng)機(jī)理 227
7.3.2 基于反應(yīng)自由能的反應(yīng)勢(shì)能面 228
7.3.3 過(guò)渡金屬表面ORR 活性的趨勢(shì) 229
7.3.4 ORR 反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)因素 230
7.3.5 基于簡(jiǎn)單描述符的ORR催化劑設(shè)計(jì) 231
7.3.6 總結(jié)與展望 232
7.4 CO2 電化學(xué)還原機(jī)理模擬和催化劑設(shè)計(jì)策略 232
7.4.1 二氧化碳還原的產(chǎn)物和經(jīng)濟(jì)價(jià)值 233
7.4.2 二氧化碳還原研究現(xiàn)狀 234
7.4.3 二氧化碳還原反應(yīng)機(jī)理的微觀描述 234
7.4.4 計(jì)算氫電極模型 235
7.4.5 二氧化碳還原的反應(yīng)機(jī)理模擬及催化劑設(shè)計(jì)策略 236
7.4.6 總結(jié)與展望 238
7.5 NRR 機(jī)理模擬和催化劑設(shè)計(jì)策略 239
參考文獻(xiàn) 241
第8 章 光催化/ 243
8.1 能帶結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié) 243
8.2 電子-空穴分離與傳輸 247
8.3 激發(fā)態(tài)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(xiàn) 255
第9 章 理論計(jì)算在石油與天然氣催化轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用/ 256
9.1 甲烷的催化轉(zhuǎn)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(duì)甲烷的活化 263
9.1.4 總結(jié) 266
9.2 石油的催化轉(zhuǎn)化 266
9.2.1 研究背景 266
9.2.2 催化模型的構(gòu)建 267
9.2.3 結(jié)果分析 267
9.2.4 總結(jié) 275
參考文獻(xiàn) 275
第10 章 理論計(jì)算在煤轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用/ 278
10.1 煤的結(jié)構(gòu)和熱解 279
10.2 費(fèi)-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(xué)模擬 289
10.3 費(fèi)-托合成反應(yīng)機(jī)理 292
10.3.1 吸附和解離 292
10.3.2 加氫和鏈增長(zhǎng) 296
10.4 總結(jié)和展望 299
參考文獻(xiàn) 299
第11 章 理論計(jì)算在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用/ 302
11.1 生物質(zhì) 302
11.1.1 木質(zhì)素和纖維素的組成與結(jié)構(gòu) 302
11.1.2 生物煉制 304
11.2 生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化中的理論基礎(chǔ) 307
11.2.1 鍵解離焓 307
11.2.2 溶劑化效應(yīng) 311
11.2.3 范德華力和覆蓋度的影響 312
11.2.4 反應(yīng)物種以及過(guò)渡態(tài)能量的預(yù)測(cè) 315
11.2.5 生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化的反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 320
11.3 理論計(jì)算在生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用示例 322
11.3.1 甲醇分解反應(yīng) 322
11.3.2 糠醛等分子的反應(yīng) 322
11.3.3 加氫脫氧反應(yīng) 324
11.3.4 展望 327
參考文獻(xiàn) 327
第12 章 理論計(jì)算在環(huán)境催化中的應(yīng)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(jìn)SO2 氧化的機(jī)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(duì)SO2 的氧化 339
12.2.3 O 或S 摻雜石墨烯對(duì)SO2 的氧化機(jī)理研究 340
12.3 雙層石墨烯縫隙內(nèi)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(duì)亞硫酸氧化的影響 343
12.3.3 受限空間對(duì)亞硫酸氧化的作用 349
參考文獻(xiàn) 350
總結(jié)與展望/ 352
顏世海 （2023/5/21 23:38:00）：您好，樣書申請(qǐng)已通過(guò)，請(qǐng)問(wèn)什么時(shí)間發(fā)送？
書單推薦
