纳米电化学 [Electrocrystallization in Nanotechnology] pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《纳米电化学》由国际著名学者执笔，详细介绍了近十年来应用电化学方法制备纳米结构材料的新成果。全书从结构上分为两部分，一部分介绍了基础理论，包括电结晶过程对电化学纳米技术的影响、低维金属相生成的计算机模拟、离子液体中金属和半导体的纳米电结晶及原子层的电化学取向生长等；第二部分介绍了纳米结构的制备与特性，包括通过STM方法电化学生成金属纳米簇、有序阳极多孔氧化铝层的制备及金属和合金纳米线在多孔氧化铝模板中的电沉积、纳米尺度磁性和非磁性金属复合层的电沉积过程及特性研究等。
　　《纳米电化学》内容丰富翔实、论述深入浅出，适合电化学、材料领域的科研人员和高校相关专业师生阅读和参考。

内页插图

目录

第一部分 基本原理
1 电化学对纳米技术的影响
GeorgiStaikov，AlexanderMilchev
1.1 引言
1.2 宏观相与微观相的热力学性质
1.2.1 热力学平衡态
1.2.2 电化学过饱和与欠饱和
1.2.3 晶核形成的热力学功函
1.3 电化学结晶过程原子成核动力学
1.4 纳米簇电极表面和空间分布能态
1.5 纳米粒子和超薄膜的电化学生长
1.5.1 三维纳米簇生长
1.5.2 二维纳米簇生长与欠电位沉积（LJPD）单层膜形成
1.6 电化学结晶过程与纳米构化定位化
1.7 结论
致谢
参考文献

2 电化学低维金属相形成的计算机模拟
MarceloM.Mariscal，EzequielP.M.Leiva
2.1 引言
2.2 分子动力学模拟
2.2.1 概述
2.2.2 金属表面纳米化
2.3 蒙特卡洛法
2.3.1 原理概述
2.3.2 非晶格模型
2.3.3 晶格模型
2.4 布朗和朗之万动力学模拟
2.4.1 概述
2.4.2 在电化学纳米结构化与晶体生长中的应用
2.5 结论与展望
致谢
参考文献

3 金属的模板法电沉积与STM探针技术制备零维纳米孔洞
WolfgangKautek
3.1 引言
3.2 Bottom.up模板法
3.3 Top-downSPM方法
3.4 低维相热力学
3.5 STM探针技术制备纳米孔洞的电沉积实验
3.6 Bi在Au上的欠电位行为
3.7 零维Bi沉积
3.8 结论
致谢
参考文献

4 离子液体在金属与半导体纳米尺度电化学结晶过程中的应用
Walter Freyland，ChitradurgaL.Aravinda，Ditimar’Borissov
4.1 引言
4.2 离子液体的电化学和界面化学特性
4.3 离子液体的变温电化学扫描探针显微技术（SPM）研究
4.4 金属欠电位沉积：成相及相变
4.4.1 银在金（111）表面电沉积：水溶液与离子液体电解质
4.4.2 锌在金（111）表面沉积：亚稳态分解和表面合金化
4.5 金属、合金以及半导体的过电位沉积
4.5.1 Co-AI、N_-AI和Ti-AI合金的沉积
4.5.2 A1.Sb化合物半导体的纳米级生长
4.6 结论
致谢
参考文献

5 超共形膜生长
ThomasP.Moffat，DanielWheeler，Daniel、Josell
5.1 引言
5.2 竞争吸附：抑制与加速
5.3 金属吸附动力学中竞争吸附影响的量化
5.4 特征填充
5.5 形变模拟
5.6 稳定性分析
5.7 结论与展望
参考文献

第二部分 纳米结构的制备与特性
6 应用STM针尖纳米电极实现金属的原位电化学结晶
WernerSchindler，PhilippHugelmann
6.1 纳米尺度的电化学
6.2 突跳金属沉积
6.3 扫描电化学显微镜
6.4 STM探针电化学纳米电极
6.5 STM探针电化学纳米电极的金属电沉积
6.6 通过STM探针电化学纳米电极进行金属溶解
6.7 纳米电极探针形状和表面质量的重要性
6.8 单一金属纳米结构的微区电沉积
6.9 总结与展望
致谢
参考文献

7 有序阳极多孔氧化铝层制备及其在纳米技术中的应用
HidetakaAsoh，SachikoOno
7.1 引言
7.2 自有序阳极多孔氧化铝
7.2.1 概述
7.2.2 阳极多孔氧化铝中孔隙形成的自有序控制因素
7.2.3 恒压下典型的电流一时间暂态过程
7.2.4 高形成电压下阳极氧化铝孔隙率的变化
7.2.5 典型自有序行为
7.2.6 高电流／高电场强度阳极化过程
7.2.7 新的自有序条件
7.3 理想的有序多孔阳极氧化铝
7.3.1 两步阳极过程
7.3.2 理想有序多孔阳极氧化铝
7.3.3 方形单元排列
7.3.4 方形单元排列细节观察
7.4 三维周期性的多孔阳极氧化铝
7.4.1 通道结构调制
7.4.2 二维／三维复合多孔氧化铝
7.5 纳米多孔氧化铝在制备纳米结构模板中的应用
7.5.1 纳米方式：传统平版印刷术与天然平版印刷术
7.5.2 AI在Si基体上的阳极过程
7.5.3 应用阳极多孔氧化铝作为模板的si表面的天然平版印刷术
7.6 总结与展望
致谢
参考文献

8 金属纳米接触点和纳米带的电化学制备
FangChen，N.J.Tao
8.1 引言
8.2 电化学制备金属纳米接触点
8.2.1 STM／AFM辅助方法
8.2.2 在支撑面电极上沉积
8.2.3 自终止方法
8.2.4 电化学蚀刻
8.2.5 采用纳米孔制备纳米点
8.2.6 固态电化学反应
8.2.7 金属纳米点特性
8.3 电化学制备金属纳米带
8.3.1 AC线圈检测系统
8.3.2 DC线圈监测系统
8.3.3 电化学双电层反馈系统
8.3.4 高频阻抗反馈系统
8.3.5 纳米带应用
8.4 总结
参考文献

9 电化学阶边修饰法（ESED）制备纳米线
ReginaldM.Penner
9.1 引言
9.2 概述
9.3 直接纳米线电沉积
9.4 循环电沉积／溶出法制备化合物纳米线
……
致谢
参考文献

精彩书摘

　　纳米材料不仅在许多领域具有很大的应用潜力，而且在材料属性方面也深刻影响了原子、分子和大块物体之间的转移机制。自从1900年起，在许多领域对纳米结构的制备的兴趣越来越大，这些领域包括：表面／内部化学、电化学、胶体化学、聚合物科学、生物化学、沸石黏土化学、扫描空隙电化学等。综上所述，基质或者基体在纳米装备制备中的应用使得具有直径大小从微米到纳米的有序空隙的纳米材料已经在基础研究和商业应用中引起了极大兴趣。
　　多孔阳极氧化膜，例如多孔阳极氧化铝，是由Al的阳极氧化而形成的，是一种典型的自我生成纳米多孔材料。通常基于多孔阳极氧化膜的密度，称作纳米隧道或者纳米洞结构。因为它的潜在应用领域是基于独特的固体形状和纳米级蜂窝状结构。从图7.1可以看出，这种多孔材料已经作为一种关键材料广泛应用于许多装置类型的制备。
　　从许多多孔阳极氧化铝的形态研究来看，两种Al的阳极氧化膜是众所周知的：一种是较厚的多孔氧化物外部领域，一种是较薄的阻隔膜内部领域，它是附属于金属的。1953年，凯勒、亨特、鲁滨逊报道了通过电子显微镜观察到的多孔氧化铝膜的结构特征，第一次提出了几何单元结构模型。而且的是，他们认为单元结构的尺寸，例如单孔或多孔的直径以及隔离膜的厚度，主要取决于形成电压，而且它们是随着电压线性增加的。随后，许多研究者拿出了类似的线性证据来支持他们的发现，包括阳极膜的单元尺寸。关于20世纪90年代对阳极膜生长机理的研究背景见参考文献。

前言/序言

现代材料科学前沿：功能化纳米颗粒的精准合成与表征 图书简介 本书聚焦于现代材料科学和化学工程领域中日益重要的一个分支：如何以原子或分子级别的精度控制和构建具有特定功能的纳米结构材料。我们将深入探讨从宏观化学反应到微观界面现象的转化过程，阐述如何通过精细调控合成条件，实现对纳米颗粒的尺寸、形貌、晶体结构乃至表面化学性质的精确控制。 本书旨在为从事纳米材料合成、催化、能源存储与转换、以及生物医学工程研究的学者、研究生和工程师提供一套全面、深入且具有实践指导意义的理论框架与实验方法论。我们摒弃了对传统晶体生长理论的简单罗列，转而强调当前最前沿的“自下而上”（Bottom-Up）纳米结构构建策略。 --- 第一部分：纳米尺度下物质的物理化学基础重构 本部分首先回顾了经典化学热力学在纳米尺度下面临的挑战与修正。我们详细分析了曲率效应（Curvature Effects）对溶解度、相稳定性和反应活性的影响，特别关注表面能的各向异性如何驱动特定晶面的优先生长，从而决定最终纳米结构的几何形态（如纳米棒、纳米片、立方体或十二面体）。 界面张力与成核动力学： 深入探讨了拉普拉斯-开尔文方程在不同溶剂环境下的适用性，以及如何通过添加表面活性剂（Surfactants）和配体（Ligands）来“钝化”或“激活”特定的晶面，实现形态控制（Morphology Control）。 量子尺寸效应的宏观关联： 尽管本书主要关注合成方法，但我们必须理解电子结构如何反馈影响化学反应。简要介绍了量子点（Quantum Dots）等半导体纳米晶体的光学性质如何被其尺寸和晶格缺陷所调控，这为设计光学和电子器件提供了理论基础。 --- 第二部分：精准合成策略：从溶液化学到受限空间 本部分是全书的核心，详细介绍了当前最主流且高效的纳米颗粒合成技术，并着重分析了每种方法背后的化学机理和参数敏感性。 2.1. 热解法与高温溶液合成（Hot-Injection Methods） 该方法是制备高结晶度、窄尺寸分布（Monodisperse）纳米颗粒的黄金标准。我们详细拆解了“快速成核-缓慢生长”的动力学过程： 前驱体的选择与分解动力学： 分析了不同有机金属前驱体（如羧酸盐、烷基化合物）的热解温度和分解速率对初级核形成速率的决定性影响。 生长调控剂的作用机制： 重点讨论了长链脂肪酸、胺类、磷烷等作为生长调控剂时，它们如何通过可逆的配位/解离过程，暂时性地吸附在特定晶面上，实现对晶面选择性生长的精细调控。 案例研究： 以磁性氧化铁纳米晶（如FeO/Fe3O4）和钙钛矿量子点（Perovskite QDs）的合成为例，展示如何通过精确控制升温速率和反应时间，获得尺寸可控且光电性能优异的材料。 2.2. 模板辅助与限制性生长（Template-Assisted Growth） 为了获得具有特定拓扑结构（如核壳结构、中空结构）的材料，模板法至关重要。 软模板法（Soft Templating）： 阐述了利用表面活性剂分子自组装形成的胶束（Micelles）或液晶相（Liquid Crystals）作为结构导向剂的原理。通过微乳液体系（Microemulsions）或泡沫体系，可以构建介孔或双连续相结构的无机网络。 硬模板法（Hard Templating）： 详细介绍了使用预先制备好的多孔材料（如离子交换膜、阳极氧化铝模板AAO、或生物结构）作为支架，通过浸渍-还原或原子层沉积（ALD）技术，实现纳米结构的复制和转移。 2.3. 电化学界面调控（Electrochemical Interface Control） 本部分探讨了通过施加电位或电流来控制纳米结构生长的独特优势。 电化学沉积的优势： 强调电化学方法可以直接在导电基底上原位生长纳米结构，避免了后处理的污染和结构破坏。 亚纳米级精度的控制： 解释了电化学过程中的过电位（Overpotential）如何影响成核和生长速率，以及如何利用脉冲电沉积（Pulsed Electrodeposition）技术来交替进行成核和生长步骤，以获得高度有序的多层或超晶格结构。 --- 第三部分：先进表征技术与结构-性能关联 合成的最终目标是验证和优化性能。本部分侧重于如何使用先进的分析工具来解析纳米材料的复杂结构。 高分辨透射电子显微镜（HR-TEM/STEM）： 不仅关注形貌，更强调如何通过球差校正（Aberration-Corrected）技术，直接观察晶格缺陷、孪晶界（Twinning Boundaries）以及原子台阶，这些都是影响催化活性的关键位点。 X射线吸收谱学（XAS/XANES/EXAFS）： 作为一种元素特异性的局部结构探测手段，解释了如何利用XAS来确定纳米颗粒中活性位点的氧化态和近邻配位环境，这对于理解催化剂的真实工作状态至关重要。 原位/实时表征（In-Situ/Operando Characterization）： 介绍了在实际反应条件下（如加热、加压、电化学循环中）对纳米颗粒结构变化的监测方法，揭示了材料在工作状态下的动态演变规律。 --- 结论与展望 本书的最终目标是提供一个从“设计理念”到“功能实现”的闭环指导。未来的纳米材料研究将更加依赖于人工智能和高通量筛选来预测最佳的合成参数。我们将强调理论模型与实验验证之间的紧密耦合，以期推动功能化纳米颗粒在下一代能源、环境净化及生物传感领域的革命性应用。本书为读者建立了一个坚实的平台，以应对更复杂的纳米系统设计挑战。