實用環境化學：生態環境篇 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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葉琮裕

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科技前沿的革新：新材料科学与可持续发展 内容提要： 本书深入探讨了当代材料科学领域最前沿的突破与应用，重点聚焦于如何利用创新材料体系，推动全球可持续发展目标的实现。全书分为五大部分，共计二十章，从基础的量子力学在材料设计中的应用，到宏观尺度的能源储存、环境修复及生物医学工程，提供了一幅全面而精深的材料科学蓝图。 --- 第一部分：基础理论与先进表征技术（共四章） 第一章：计算材料学的范式转变：从密度泛函理论到机器学习辅助设计 本章详细阐述了现代计算材料学的核心方法论。首先回顾了经典的密度泛函理论（DFT）及其在预测晶体结构和电子性质方面的局限性与发展。重点引入了更高精度的量子化学方法，如耦合簇理论（Coupled Cluster, CC）在精确模拟小分子和界面现象中的应用。 随后，本章的核心内容转向新兴的材料信息学（Materials Informatics）。探讨了如何构建高质量、大规模的材料数据库，并应用深度学习模型（如图神经网络 GNN）来加速新型功能材料的筛选过程。讨论了数据驱动型设计流程（Data-Driven Design Workflow）如何颠覆传统的“试错法”研发模式，实现材料性能的快速迭代和优化。本章通过多个案例分析，展示了如何利用计算工具预测催化剂的活性位点和半导体材料的能带结构。 第二章：超高分辨表征技术：原子尺度成像与原位分析 材料的性能与其微观结构密不可分。本章聚焦于支撑现代材料研究的两大支柱：透射电子显微镜（TEM）与扫描隧道显微镜（STM）的最新进展。详细介绍了球差校正电镜（Aberration-Corrected STEM）如何实现亚埃级的分辨率，揭示晶格缺陷、原子级偏析和界面结构。 更重要的是，本章强调了“原位”（In Situ）和“操作中”（Operando）表征技术的重要性。讨论了如何在真实的反应或工作环境下（如电化学循环、高温反应、光照刺激下）实时观测材料的结构演变和动态行为。例如，如何利用原位X射线吸收谱（XAS）监测电池充放电过程中活性物质的氧化态变化，或利用原位拉曼光谱跟踪催化反应的中间产物。 第三章：复杂多尺度建模：从量子到连续介质的桥梁 本章旨在解决材料科学中固有的多尺度问题。介绍了几种连接不同尺度模型的关键技术。首先是介观尺度（Mesoscale）建模，如相场法（Phase-Field Method）在模拟固液界面演化、晶粒生长和微裂纹形成中的应用。 其次，探讨了如何将微观尺度的分子动力学（MD）模拟结果，通过有效的平均化策略，输入到宏观尺度的有限元分析（FEA）中。重点分析了多孔介质、复合材料的有效性能预测，以及如何通过多尺度模拟来优化材料的力学鲁棒性与传输特性。 第四章：先进功能材料的晶体学与缺陷工程 本章深入探讨了功能材料（如铁电体、拓扑绝缘体）的晶体结构对称性与宏观性能之间的内在联系。详细分析了晶体点群、空间群在指导材料设计中的作用。 缺陷工程是本章的核心。讨论了如何精确引入或去除特定类型的晶格缺陷（如空位、间隙原子、位错）来调控材料的导电性、磁性或光学性质。案例研究包括通过氮化处理调控金刚石色心特性，或利用氧空位增强金属氧化物的离子导电性。 --- 第二部分：能源转化与储存的材料革新（共五章） 第五章：下一代固态电池电解质：界面兼容性与离子传输动力学 本章聚焦于解决锂离子电池安全性和能量密度的瓶颈。详尽分析了硫化物、氧化物和聚合物固态电解质的结构特点、合成策略及其离子电导率。重点研究了固-固界面处的物理化学兼容性问题，如界面阻抗的形成机理。 讨论了如何通过表面涂覆技术（如原子层沉积 ALD）来钝化电极材料表面，抑制锂枝晶的生长，并优化电解质与电极之间的电荷转移动力学。 第六章：高效光电催化剂：水分解与二氧化碳还原 本章关注利用太阳能驱动化学反应的材料设计。详细介绍了可见光响应型半导体光催化剂（如钙钛矿、氮化碳）的载流子分离与传输机制。 重点分析了针对“析氢反应”（HER）和“析氧反应”（OER）的贵金属替代品，特别是过渡金属磷化物、氧化物和硫化物的活性位点优化。对于二氧化碳还原（CO2RR），探讨了如何通过调控材料的费米能级和表面电子结构，选择性地将CO2转化为高附加值燃料或化学品。 第七章：热电材料：塞贝克效应与能带工程 本章阐述了热电材料（能够将温差转化为电能，反之亦然）的设计原理。核心在于优化材料的无量纲性能因子ZT = (S²σT)/κ，即提高功率因子（S²σ）并降低总热导率（κ）。 详细分析了通过“晶格扭曲”、“缺陷散射”和“能带简并度调控”来实现低热导率和高电导率并存的策略。案例研究涵盖了碲化物、硅锗合金以及新型二维材料在热电发电中的应用潜力。 第八章：先进储氢材料：金属有机框架与化学储氢 针对氢能产业的发展，本章聚焦于安全、高效的储氢材料。首先介绍了金属有机框架（MOFs）的孔隙率、比表面积与其对氢气物理吸附能力的关系，以及如何通过骨架修饰和引入功能性位点来增强低温吸附性能。 其次，深入探讨了化学储氢体系，如氨硼烷（Ammonia Borane）和镁基、镧系金属氢化物。分析了催化剂（如纳米贵金属或过渡金属氧化物）在调节脱氢和复氢反应动力学方面的关键作用。 第九章：高效燃料电池电极材料与质子传导膜 本章侧重于PEM燃料电池（质子交换膜燃料电池）和固体氧化物燃料电池（SOFC）的关键材料。对于PEMFC，研究了铂基催化剂的纳米结构控制以提高抗中毒能力和活性；对于SOFC，讨论了高性能氧化物电解质和电极材料（如镍/氧化物复合材料）的界面设计。 特别关注了新型质子传导聚合物膜的研究，如何通过引入杂环结构或无机纳米填料，实现高温高湿条件下的高质子电导率和优良的机械稳定性。 --- 第三部分：环境修复与绿色化学（共三章） 第十章：新型吸附剂与膜技术：水体污染物去除 本章探讨利用新型材料实现饮用水净化与废水深度处理。重点分析了磁性纳米材料（如Fe3O4复合氧化物）在快速分离和回收污染物（重金属离子、有机染料）中的应用。 在膜技术方面，详细介绍了石墨烯氧化物（GO）膜、共轭聚合物膜在超滤、纳滤中的性能优势，特别是其对特定污染物（如抗生素、微囊藻毒素）的高选择性截留机制。 第十一章：高级氧化过程（AOPs）与光催化降解 本章聚焦于利用高活性物种（如羟基自由基•OH）破坏顽固性有机污染物的技术。分析了臭氧、芬顿类反应体系的材料优化，特别是铁基、碳基材料在催化过硫酸盐活化中的作用。 在光催化降解中，详细考察了半导体材料（如TiO2、BiVO4）在可见光下产生活性氧物种的机理，以及如何通过表面修饰和异质结构建来有效分离光生电子-空穴对，提高污染物降解效率和选择性。 第十二章：碳捕集与转化：分子筛与吸附剂的孔道工程 本章关注大规模碳排放控制技术。深入分析了MOFs和共价有机框架（COFs）在CO2选择性吸附方面的优势，特别是如何设计具有特定官能团的孔道环境，以增强与CO2分子的相互作用。 讨论了吸附-解吸循环的能耗问题，并引入了变温吸附（TSA）和变压吸附（PSA）过程中的材料性能优化策略。此外，还探讨了CO2催化转化的固体酸/碱催化剂的开发。 --- 第四部分：生物医学工程与智能材料（共三章） 第十三章：生物相容性与药物递送载体 本章关注植入式医疗器械和精准治疗所需的材料。详细讨论了惰性与活性生物材料的选择标准，包括陶瓷（如羟基磷灰石）、可降解聚合物（如PLGA）在骨组织工程中的应用。 药物递送系统方面，重点研究了响应性纳米载体（如pH敏感、温度敏感的聚合物胶束、脂质体）。分析了材料表面修饰（如PEG化）如何延长载体在体内的循环时间，以及载体释药动力学的调控。 第十四章：生物传感与可穿戴电子材料 本章探索了将电子器件集成到生物系统中的材料挑战。讨论了柔性电子材料（如聚酰亚胺、金属箔）的制备与性能优化，以实现与生物组织的无缝集成。 在生物传感方面，重点分析了场效应晶体管（FET）型生物传感器、电化学传感器中关键识别层材料的构建。案例包括基于石墨烯或导电聚合物的葡萄糖或乳酸的实时、无创监测技术。 第十五章：形状记忆与自修复材料 本章介绍了具有动态响应特性的智能材料。详细阐述了形状记忆聚合物（SMPs）和形状记忆合金（SMA）的“加热-变形-定型-恢复”循环机制，及其在微机电系统（MEMS）和医疗器械中的应用。 自修复材料的核心在于设计可逆的化学键或引入微胶囊体系。分析了热力学控制下的动态共价键（如狄尔斯-阿尔德反应）和超分子相互作用在实现材料宏观性能的自主恢复中的作用。 --- 第五部分：结构与功能复合材料（共两章） 第十六章：先进纤维与轻量化结构复合材料 本章专注于增强结构的材料设计，特别是航空航天和汽车工业中的需求。深入探讨了碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的界面粘接机制与失效分析。 讨论了新型纳米填料（如碳纳米管、石墨烯片层）对基体材料的增韧、导电和阻燃性能的协同增强效应，以及层状结构复合材料的铺层设计策略。 第十七章：多功能界面调控与异质结构建 本章回归材料的界面科学。探讨了如何通过界面工程来耦合材料的不同功能，例如，在摩擦学应用中，如何设计具有自润滑性的复合材料；在电化学中，如何利用界面极化效应来提高电极/电解质的接触效率。案例包括陶瓷/金属界面在极端环境下的稳定性研究，以及如何利用界面应力场来调控材料的宏观性能。 --- 结语： 本书旨在为材料学、化学工程、物理学及相关交叉学科的研究人员和高年级学生提供一个深入理解当代材料科学核心挑战与解决方案的平台。全书强调理论指导下的材料设计，以及计算模拟与先进实验表征的紧密结合，指引读者在功能、结构与可持续性之间寻求最优平衡点，以应对未来社会对高性能材料的迫切需求。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，一開始翻開這本書，我還以為會是一本枯燥乏味的化學公式集，畢竟「環境化學」這個標題聽起來就帶點學術味。沒想到，它的敘事方式非常「接地氣」，特別是在探討**水污染治理的工程應用**這一塊，書中不只介紹了活性污泥法或混凝沉澱等基本單元操作，還穿插了許多近幾年台灣各地水廠實際面臨的挑戰，例如應對極端降雨導致的進水水質劇烈波動時，如何調整處理藥劑的劑量與反應時間的經驗分享。這種結合了**操作參數與實際操作經驗**的寫法，對我這種在公立事業單位服務的工程師來說，簡直是如虎添翼。我尤其欣賞它對**化學品風險溝通**的章節，它點出了環境資訊公開透明的重要性，並提供了如何將複雜的化學數據轉化為一般民眾能理解的風險警示的有效策略，這在我們需要舉辦里民說明會的時候，非常受用。這本書的深度與廣度兼具，讓我覺得它不只是一本教科書，更像是一本提升實務能力的工具書，擺在辦公桌上隨時可以翻閱參考。

评分☆☆☆☆☆

这本《環境化學》的內容實在是讓人有種挖到寶的感覺，特別是對於我們這些在台灣，每天跟環境議題打交道的人來說。我印象最深的是它對**本土污染案例**的剖析，不像有些進口教科書，只談國外的光怪陸離，這本書卻能精準地切入台灣的實際狀況，像是早年工業區的土壤重金屬污染，或是特定河川流域的農藥残留問題，書裡不只陳述現象，更深入探討了背後的法規漏洞和地方生態的脆弱性。作者的論述邏輯非常嚴謹，從基礎的化學反應機理出發，層層遞進到巨觀的生態系統影響，讀起來雖然需要動腦筋，但每當理解一個複雜的化學循環如何破壞生物鏈時，那種豁然開朗的感覺非常過癮。尤其是提到**新興污染物**的部分，像是塑膠微粒、個人護理用品中的化學物質，書中對於這些「看不見的敵人」的偵測技術和潛在風險評估，提供了非常詳盡的指導，對我目前在做的小型環境監測計畫，簡直是及時雨。總體來說，這本書不只是理論的堆砌，更像是一本結合了台灣在地脈絡的**實戰手冊**，強烈推薦給所有想深入了解本土環境科學的同業和學生。

评分☆☆☆☆☆

這本《實用環境化學》的排版和圖表設計，我給予高度評價，這在台灣眾多學術出版品中，其實並不多見。很多專業書籍為了追求內容的豐富，常常犧牲了視覺的舒適度，讀起來容易產生閱讀疲勞。但這本書不同，它在介紹複雜的**環境介質中化學物質的傳輸與分配模型**時，配上了清晰的流程圖和直觀的示意圖，讓抽象的物理化學過程變得立體起來。例如，它用一個生動的圖例解釋了化學物質在土壤、地下水與大氣間的揮發與吸附平衡，我立刻就聯想到我們廠區附近某個舊倉庫的揮發性有機物（VOCs）污染問題，瞬間解開了好幾個困擾我很久的疑點。此外，書中對**分析化學儀器**的介紹也相當到位，它詳盡地描述了氣相層析質譜儀（GC-MS）在檢測環境樣本中的優勢與侷限性，連校正曲線的建立細節都有提及，這對於想自建檢測能力的單位來說，是無價的參考資料。總結來說，優秀的視覺化呈現，大大提升了學習效率，讓這本厚厚的書讀起來毫不費力。

评分☆☆☆☆☆

這本書的**文獻引用和後續資源的引導**做得非常出色，這對學術研究者而言至關重要。它並非一本「閉門造車」的著作，書末提供的延伸閱讀清單，涵蓋了從經典的環境科學期刊到最新的國際標準文件，條列得井井有條。我發現裡面好幾篇引用的文獻，恰好是我在撰寫研究計畫時找不到核心論點的關鍵文獻。更棒的是，作者似乎很了解台灣學術界的資源限制，它特別推薦了一些**可免費公開存取的資料庫和政府公開數據平台**，讓我不用花大錢去購買昂貴的國外數據報告，就能找到支持論點的實證資料。這種對讀者學習路徑的體貼，讓這本書的實用價值大增。它不只是一本知識的傳遞者，更像是一位引路人，告訴你接下來該往哪個方向深入探索。如果你是碩博士生或剛入行的研究助理，光是這些後續資源的引導，就值得你入手這本書了。

评分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，讓我有種跨越學科界線的快感，它不只是單純講化學，更融入了**生態學的宏觀視角**。作者非常細膩地處理了「劑量決定毒性」的觀念，並將其延伸到整個生態系統的層級效應。例如，它討論了特定微量元素在食物鏈中如何累積（生物放大作用），從浮游生物到頂層掠食者的濃度變化曲線，解釋得非常到位，邏輯鏈條銜接得毫無違和感。這對我們在做**環境影響評估（EIA）**時，評估鄰近水庫生態健康狀況的環節，提供了更紮實的理論基礎。我特別欣賞書中對**永續發展與化學品管理**的哲學性探討，它跳脫了單純「控制污染」的思維，轉而強調源頭減量和綠色化學的必要性，這種前瞻性的思維，正是台灣在追求更高環境標準時所需要的。讀完後，我不再只是想著如何「處理」現有的污染物，而是開始思考如何「設計」出不產生污染的化學製程，這視角的轉變是極其寶貴的。