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☆☆☆☆☆

[美] 阿里·埃夫特哈利（Ali Eftekhari）　 编

图书标签:

• 纳米材料
• 电化学
• 材料科学
• 能源
• 传感器
• 催化
• 储能
• 纳米技术
• 电化学储能
• 界面科学

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122274588

版次：1

商品编码：12028239

包装：精装

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：326

字数：482000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书可以作为纳米材料、电化学技术科学研究人员的参考书。
本书是一本全面介绍纳米材料的电化学制备方法和其他制备方法的著作，包括储能纳米复合材料、电池及太阳能电池、传感器等各个领域。

内容简介

　　《纳米材料电化学》共12章，重点介绍电化学在制造业的重要性及电化学在许多纳米结构材料、工艺、制备中的功能性，主要介绍自组织阳极氧化过程制备高有序多孔阳极氧化铝、电化学技术合成纳米结构材料、自上而下法制备纳米图形化电极、模板法合成磁性纳米线阵列、一维纳米结构电化学传感器、振荡电沉积法制备自组织层状纳米结构、纳米晶材料的电化学腐蚀行为、锂离子电极材料力学完整性的纳米工程、机械合金化制备纳米结构储氢材料、纳米钛氧化物的能量存储和转换、基于纳米材料的DNA生物传感器、金属纳米颗粒在电分析领域的应用。本书可以作为纳米材料、电化学技术科学研究人员的参考书。

作者简介

李屹，华南理工大学材料工程学院，副教授，纳米材料领域专家，致力于储能纳米复合材料和电池及太阳能电池的光电化学研究，对传感器等也有科研成果。

精彩书评

多角度学习纳米材料电化学的书，很值得学习。

目录

序一
序二
前言
贡献者列表
1　自组织阳极氧化过程制备高有序多孔阳极氧化铝1
　1.1　引言1
　1.2　铝的阳极氧化和多孔阳极氧化铝结构4
　1.3　自组织多孔阳极氧化铝的形成动力学19
　1.4　高有序多孔阳极氧化铝的自组织生长和预刻印诱导生长34
　1.5　PAA模板法制备纳米结构62
　参考文献69
2　电化学技术合成纳米结构材料89
　2.1　引言89
　2.2　阳极合成90
　2.3　阴极合成106
　2.4　结束语124
　参考文献125
3　自上而下法制备纳米图形化电极138
　3.1　引言138
　3.2　选择纳米电极制备方法的注意事项139
　3.3　自上而下法制备纳米电极140
　3.4　应用151
　3.5　结论152
　参考文献153
4　模板法合成磁性纳米线阵列155
　4.1　引言155
　4.2　电化学合成纳米线156
　4.3　电沉积纳米线的物理性质167
　4.4　总结171
　参考文献171
5　一维纳米结构电化学传感器175
　5.1　引言175
　5.2　模板法制备纳米线/管175
　5.3　电化学阶梯边缘法180
　5.4　电化学刻蚀/沉积制备原子金属线182
　5.5　未来前景和有潜力的技术185
　5.6　结束语186
　参考文献187
6　振荡电沉积法制备自组织层状纳米结构190
　6.1　简介190
　6.2　Pt电极H2O2还原的振荡电流194
　6.3　纳米周期Cu-Sn合金多层膜195
　6.4　纳米尺度层状结构铁族合金198
　6.5　其他系统200
　6.6　总结202
　参考文献202
7　纳米晶材料的电化学腐蚀行为207
　7.1　引言207
　7.2　纳米晶材料的电化学腐蚀行为207
　7.3　结论221
　参考文献222
8　锂离子电极材料力学完整性的纳米工程224
　8.1　引言224
　8.2　电化学循环和电极的破坏224
　8.3　纳米结构阳极材料的电化学特性231
　8.4　内部应力和Li阳极开裂模型236
　8.5　结论和未来展望240
　参考文献240
9　机械合金化制备纳米结构储氢材料243
　9.1　引言243
　9.2　氢化物电极和Ni-MH电池基本概念248
　9.3　储氢系统概述249
　9.4　电性能260
　9.5　Ni-MH电池封装263
　9.6　结论264
　参考文献264
10　纳米钛氧化物的能量存储和转换267
　10.1　引言267
　10.2　纳米二氧化钛粉体的制备268
　10.3　其他的TiO2纳米结构269
　10.4　制备纳米Li4Ti5O12271
　10.5　纳米Li4Ti5O12尖晶石在储能装置中的应用271
　10.6　太阳能转换用纳米锐钛矿型TiO2275
　10.7　结论279
　参考文献279
11　基于纳米材料的DNA生物传感器282
　11.1　引言282
　11.2　DNA生物传感器与纳米材料283
　11.3　结论296
　参考文献298
12　金属纳米颗粒在电分析领域的应用303
　12.1　引言303
　12.2　电分析的应用307
　12.3　未来的展望315
　参考文献315
主要名词322

前言/序言

电化学和纳米科技的结合通常可以分为两个方向：纳米科技在电化学中的应用以及电化学在纳米科技中的应用。尽管从题目上看本书更倾向于前者，但本书的基本理念是力图将这两个方向相结合，从而形成“电化学纳米科技”这一提法。由于相关领域的研究内容浩如烟海，为了引起读者的兴趣以及避免泛泛而谈，我们在本书中精选了一些研究主题并围绕这些主题进行了重点探讨。我们认为，本书可以为读者提供一个全面的视角，从而更好地了解该领域。在过去的几十年里，各专业领域获得了快速的发展，而现在则迎来了跨学科研究和各领域间合作的时期。时至今日，作为一个成功的研究团队，其所进行的研究工作不仅在本领域内是至关重要的，在其他领域也需具有重要意义。以纳米科技为例，这一新兴研究领域之所以取得了巨大成功，其中一个很重要的原因是其研究成果获得了其他领域研究人员的兴趣和关注。
我们之所以在此反复强调“电化学纳米科技”，原因在于这一领域内存在大量有趣的研究内容以及各种极为重要的概念。由于电化学法可以低成本、高效率地合成各种纳米结构，因而目前纳米科技领域的众多研究团队也对电化学领域产生了普遍兴趣。这一新趋势的出现可以归因于其所采用的方法，而利用这些方法也可以进行各种基础研究。由于电化学在方法应用以及基础研究等众多领域获得了广泛应用，因而我们并不能简单地将其归为化学的一个分支。例如，当我们对化学系统中的混沌动力学过程进行研究时，构建一般模型的手段是利用电化学振荡：其可控化参数及系统响应形式均可通过电化学装置来进行设定，而在纳米科技领域也是同样的情况。
作者本人次接触纳米领域时研究方向为电化学，当然，并非因为纳米领域太过于热门，实际上在那个时期纳米领域的度并不高。当时，我在研究电化学振荡时注意到了一个经典的理论：电极表面的电位分布是不均匀的，因而我就想，如果能寻找合适方法来检测电极表面的局部电流，那一定非常有趣。随后，扫描电化学显微镜（SECM）的出现为这一目标的实现铺平了道路。此外，当我尝试用碳纳米管作为锂电池的阳极材料时，由于石墨层间的固态扩散非常缓慢，我曾考虑过制备石墨烯片（不像纳米管那样卷曲）。虽然这些想法并没有完全实现，但却反映了电化学领域中的纳米科技需求，可见，纳米尺度在电化学系统中扮演了必不可少的角色。
SECM通常被认为是一种扫描探针显微镜（SPM），电化学家们通常对其非常感兴趣。事实上，SECM是在SPM的基础上研制的，其除了可以作为SPM来使用，还可以对电化学/化学过程进行控制（当然，我们并非在此讨论各种市售显微镜的功能，而是主要讨论所涉及的概念）。令人感到遗憾的是，非电化学工作者由于担心不寻常的电化学过程会影响实验结果，因而很少使用SECM。因此，进行科研合作是非常必要的，这一过程蕴藏良机。例如之前所提到的应用电解法来使石墨电极逐层剥离从而制备石墨烯片，我们就可以在应用电化学方法研究这些纳米材料的过程中获得极大的科研机会，相比之下要远高于研究其具体应用。近来，一些先进的研究方法例如快速伏安法为表面电化学领域的研究提供了新的机会，其主要可以应用于纳米结构的识别。
Richard Alkire对电化学在纳米科技领域的应用历程进行了很好的阐述，并基于这一主题来对本书内容进行了总结。本书将主要围绕电化学纳米科技领域来进行讨论，研究如何将纳米材料应用于电化学系统中。Yury Gogotsi和Patrice Simon对纳米科技在日常生活中的迅猛发展进行了探讨，而电化学在相关应用领域中扮演了重要角色，同时，其也论述了纳米科技在现代电化学领域的需求（例如化学电源）。然而，目前纳米科技与电化学领域间仍缺乏足够的互动。本书将针对电化学系统中构建纳米结构的重要性，以及电化学方法合成纳米结构的重要价值进行论述。
各位读者可能会问为什么你要反复不断的强调“电化学纳米科技”，但本书内容却没有对这一领域进行详尽的涵盖。事实上，本书的写作初衷就是对特定领域内的热点问题进行综述，因为通常情况下，发表于学术期刊上的综述文章不是过于笼统就是过于专业，很难达到合适的要求。在这一领域内，电化学材料科学由于具有庞大的读者群，成为了引人注目的研究方向。在电化学相关文献中有很多研究都是跟材料科学相关的，而很多电化学研究结果也会在材料科学文献中进行报道。由于电化学过程（应用与合成领域）具有相似性，因而使不同的研究小组熟悉相似的系统是非常重要的。因此，为了解决多方面的问题，本书选取了众多读者感兴趣的研究主题来进行了论述。
如今，快速发展的电化学纳米科技领域所关注的重点，或许是寻找一种新的思维方法。虽然每一个科学领域都有其自己的科研术语，但是重要的并不是独特的术语，而是形成一致的思维方法。这种协调一致的努力可以促进科学界的统一，从而使各研究领域得到进步。在电化学纳米科技领域，具有不同培训经历和思维方法的研究人员正越来越多地参与进来，这对于整个领域的长期发展是极为有益的。
虽然在此之前已有类似的书籍出版，但我们相信很多致力于将自己的研究领域同“电化学纳米科技”领域相结合的研究小组都会对本书非常感兴趣。借助于电化学纳米科技，他们不仅可以更好地来解决自己领域内的问题，同时还可以提高电化学纳米科技解决问题的能力。
电化学纳米科技领域包罗万象，因此我们邀请了该领域内不同研究方向的研究人员来参与本书的写作工作。他们的研究成果展示了电化学纳米科技领域的新研究进展和挑战。虽然本书作者具有不同的研究背景（电化学或材料科学），但却拥有一个共同的信念：电化学和纳米科技之间的本质联系之前一直被忽视，而现在是解决这一问题的时候了。
非常荣幸可以请到三位广受尊敬的科学家来为本书撰写两篇序言，作为一名的电化学专家，Richard Alkire因在电化学基础理论方面的巨大贡献而被人们所熟知，此外，其在电化学纳米科技基础领域也做出了很大贡献，尤其是在电沉积等方面。
Yury Gogotsi是的纳米材料科学家，其针对各种类型的纳米材料进行了很多开创性的工作，尤其是碳质纳米材料领域。他和Patrice Simon之间的合作就是纳米材料与电化学相结合的典型范例，但之前很少有人提到这一点。
后，我想对WILEY-VCH出版社的编辑们表示感谢，感谢他们选中了本书所关注的主题以及在出版过程中所做的努力，他们对本书的终出版起到了重要作用。
我真诚希望本书内容可以对读者的研究工作起到促进作用。

Ali Eftekhari

图书名称： 纳米材料电化学 图书简介： 《纳米材料电化学》是一部深入探讨纳米尺度材料在电化学体系中行为与应用的专著。本书系统梳理了纳米材料的结构特性、合成方法及其与电化学过程的相互作用机理，旨在为材料科学、电化学、能源科学以及相关工程技术领域的研究人员、工程师和高年级学生提供全面的理论指导和实验参考。 第一部分：纳米材料基础与电化学概述 本书开篇详尽阐述了纳米科学的基本概念，重点聚焦于尺寸效应如何显著改变材料的物理、化学和电学性质。我们首先介绍了不同类型的纳米结构，包括零维的量子点（QDs）、一维的纳米线和碳纳米管、二维的纳米片和石墨烯，以及三维的多孔和分级结构。对于每种结构，我们不仅描述了其晶体学特征，还探讨了表面能、量子限域效应和界面态密度等关键参数如何影响其电化学活性。 随后，本书回顾了电化学的基本原理，特别是涉及表面电荷转移、双电层结构、法拉第过程和非法拉第过程的理论模型。着重强调了在纳米尺度下，传统电化学理论模型需要进行的修正，例如，由于曲率效应引起的电位分布变化，以及高比表面积对电荷传输动力学的影响。 第二部分：纳米材料的合成与表征 本部分聚焦于构建具有特定形貌和功能的纳米材料，并详细介绍了先进的表征技术。 在合成方法方面，我们涵盖了湿化学法（如溶剂热法、水热法、沉淀法）、气相沉积法（如化学气相沉积CVD、物理气相沉积PVD）以及模板辅助合成法。对于每种方法，我们都深入分析了反应条件（温度、压力、pH值、前驱体选择）对最终纳米结构尺寸、形貌和结晶度的精确调控机制。特别关注了在电化学储能和催化领域至关重要的缺陷工程和表面功能化技术，例如掺杂、表面包覆和形貌控制对活性位点的设计意义。 表征部分，本书结合电化学应用的需求，系统介绍了关键的物理化学表征手段。透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）被用于结构和形貌的直接成像；X射线衍射（XRD）用于晶体结构和相位的分析；拉曼光谱和X射线光电子能谱（XPS）则用于评估材料的化学状态和表面氧化还原行为。对于电化学性能的评估，我们详细讨论了循环伏安法（CV）、恒电流充放电法（GCD）、电化学阻抗谱（EIS）的原理、数据解析方法，以及如何利用这些技术来揭示纳米材料在电极/电解质界面的反应动力学和传质过程。 第三部分：纳米材料在关键电化学领域的应用 这是本书的核心部分，系统地展示了纳米材料在现代电化学能源和环境技术中的突破性进展。 1. 储能器件： 锂离子电池（LIBs）： 详细探讨了纳米结构对电池性能的优化作用。对于负极材料（如硅、金属氧化物），我们分析了纳米化如何有效缓解体积膨胀，提高离子扩散速率，并稳定固体电解质界面（SEI）膜。在正极材料方面，讨论了核壳结构和高熵氧化物纳米颗粒如何提高倍率性能和循环稳定性。 钠离子/钾离子电池与固态电池： 拓展到下一代储能体系，分析了纳米结构（如隧道结构、层状结构）如何适应不同离子的嵌入/脱嵌机制，并讨论了固态电解质界面（SEI/SSEI）的纳米尺度接触问题及其对界面电阻的影响。 超级电容器： 重点研究了高比表面积纳米材料（如活性炭、导电聚合物、过渡金属氧化物和硫化物）的赝电容和双电层电容机制。分析了纳米孔道结构对电解质离子传输的限制与促进作用，以及导电网络构建对提高电荷收集效率的关键性。 2. 电催化： 析氧反应（OER）和析氢反应（HER）： 深入剖析了纳米贵金属（Pt, Ir, Ru）及其非贵金属替代物（过渡金属磷化物、硫化物、氮化物）在酸性、碱性电解液中的催化活性位点。通过DFT计算和原位表征，解释了纳米尺寸效应和界面电子结构对氧还原反应（ORR）和HER动力学的调控。 二氧化碳还原反应（CO2RR）： 探讨了铜基、金基等纳米催化剂的独特性质，如何通过表面几何结构和电子结构调控，选择性地产生成为（CO、甲酸、乙醇等）化学品，并分析了在纳米界面发生的复杂多电子转移过程。 3. 电化学传感器与生物电化学： 本书还涉及纳米材料在电化学传感领域的应用。例如，石墨烯、碳纳米管和金属纳米颗粒如何通过提高电子传导性和提供丰富的生物分子锚定位点，用于高灵敏度的生物标志物检测。讨论了表面等离子体共振（SPR）与电化学技术的结合，以及纳米电极在电生理信号记录中的优势。 第四部分：面临的挑战与未来展望 最后，本书总结了当前纳米材料电化学领域面临的主要挑战，包括：纳米材料在长期工作条件下的稳定性、界面副反应的控制、大规模制备的可重复性与成本控制，以及电化学反应中纳米结构在原位条件下的动态演变机制。展望未来，本书强调了人工智能辅助材料设计、原位/实时表征技术以及新型电解质体系对推动该领域发展的潜力与方向。 通过对理论基础、合成技术、表征手段和前沿应用的全面覆盖，《纳米材料电化学》旨在成为一本内容详实、注重前沿、兼具深度与广度的参考工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本书整体而言，给我一种“重理论，轻实践”的感觉。在纳米材料的电化学方面，我期待的是能读到更多关于如何设计和优化纳米材料以实现特定电化学性能的内容。例如，如何通过调控纳米材料的孔隙结构来提高其在电解液中的传质效率，从而提升电池的倍率性能；或者如何利用纳米材料的特殊表面性质来构建高效的催化剂，降低电化学反应的过电位。书中虽然涉及了这些方面，但讲解得比较表面化，缺乏具体的设计思路和优化策略。很多内容更像是对现有研究的罗列和总结，并没有提供太多具有启发性的新观点或方法。我对书中关于“纳米材料的电化学性质”这部分的阐述感到有些困惑，感觉它更多的是在描述纳米材料的固有性质，而没有充分挖掘这些性质在电化学过程中的具体作用机理。我希望能够看到更多关于纳米材料在电化学领域面临的实际问题，以及如何通过材料设计来解决这些问题，比如材料的稳定性、循环寿命、安全性等等。

评分☆☆☆☆☆

这本书的写作风格非常严谨，充满了学术的气息，但对于我这种更偏向于了解实际应用和市场前景的读者来说，却稍显晦涩。它花了很多精力去解释纳米材料的形貌、尺寸、晶面取向等微观结构特征，以及这些特征如何通过量子效应或表面效应影响其宏观的物理化学性质。这本身是很有价值的，但是，当谈到具体的电化学应用时，比如在锂离子电池、超级电容器、燃料电池等方面，书中更多的是陈述一些已有的研究成果，或者是一些理论上的推导，而对于这些研究成果在实际产品中可能面临的挑战，或者未来的发展趋势，着重分析的内容并不多。我希望能够看到更多关于纳米材料如何优化电极材料的导电性、离子扩散性，以及如何降低界面电阻的案例分析。书中的公式和图表非常多，这增加了阅读的难度，而且很多内容需要反复揣摩才能理解其精髓。虽然书中提到了“电化学”这个关键词，但感觉更侧重于“纳米材料”本身，而“电化学”的应用部分，似乎只是一个附属的章节，不够独立和深入。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我留下了深刻的印象，但并非如我最初所期望的那样。它在纳米材料的“电化学”方面，似乎是围绕着材料本身的性质展开，而忽略了更广泛的应用前景和实际的工程挑战。书中对纳米材料的尺寸效应、表面效应、界面效应等进行了详细的阐述，这无疑是科学研究的重要组成部分。然而，当我试图从中找到关于如何利用这些效应来提升电化学器件性能的指导时，却感到有些茫然。例如，在描述纳米材料作为电极材料时，书中更多的是展示其基础的电化学活性，而对于如何通过优化纳米结构来提高其容量、功率密度，或者如何克服其在充放电过程中的体积变化问题，讲解得不够深入。我希望能够看到更多关于纳米材料在不同电化学体系中（如锂离子电池、钠离子电池、超级电容器等）的具体应用案例，并对其性能提升的机理进行更细致的分析。此外，书中对纳米材料在实际器件中可能遇到的稳定性、安全性和成本等问题，也讨论得不够充分。

评分☆☆☆☆☆

这本书我拿到手上时，满怀期待地翻开，想着能学到一些关于我们生活中越来越常见的纳米材料在电化学领域的新应用。然而，读了几章后，我发现这本书的侧重点似乎并不在我所期望的那里。书中有大量的篇幅详细介绍了各种不同的纳米材料的制备方法，从溶胶-凝胶法到水热法，再到模板法，每一种方法都阐述得极为细致，连实验的温度、时间、试剂配比都一丝不苟。这对于初学者来说，可能有点过于“硬核”了，我更希望看到的是这些材料是如何在电化学器件中工作的原理，比如它们是如何提高电极的储能密度，或者加速电化学反应的。书中对材料的表征分析也花了很大力气，XRD、TEM、SEM等等，这些都是非常重要的技术，但是，书中对这些技术得出的结果如何解读，以及这些结果如何与电化学性能挂钩，这部分内容相对比较笼统，缺乏深入的讨论。我感觉作者在材料科学的基础层面投入了过多的精力，而对连接材料科学和电化学应用之间的桥梁——即纳米材料的电化学行为机制，讲解得不够清晰。这本书更像是一本关于纳米材料制备和表征的指南，而非深入探索其在电化学领域的潜力。

评分☆☆☆☆☆

翻开这本书，我立刻被其中大量的专业术语和复杂的图表所吸引。这是一本非常“硬核”的书，它深入探讨了纳米材料的内在结构与电化学行为之间的复杂关系。然而，对于我这样希望了解如何在实际应用中利用这些知识的读者来说，书中关于“电化学”部分的展开略显不足。它花了大量的篇幅介绍纳米材料的合成、表征和理论计算，这些内容无疑是扎实的，但它似乎更侧重于描述“是什么”，而不是“怎么做”或者“为什么这么做”。我期待在电化学部分看到更多关于如何将纳米材料应用于电池、传感器、催化剂等具体器件的细节，例如，如何设计纳米结构的电极来提高电荷传输效率，如何利用纳米材料的表面改性来降低界面电阻，以及如何评估纳米材料在实际工作条件下的性能稳定性。书中虽然提及了相关的应用，但更多的是一种宏观的介绍，缺乏深入的原理剖析和工程设计层面的考量。我感觉这本书更像是纳米材料科学的研究者手中的宝典，而非面向工程师或应用开发者的实用指南。

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