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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• 環境化學
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科技前沿的革新：新材料科學與可持續發展 內容提要： 本書深入探討瞭當代材料科學領域最前沿的突破與應用，重點聚焦於如何利用創新材料體係，推動全球可持續發展目標的實現。全書分為五大部分，共計二十章，從基礎的量子力學在材料設計中的應用，到宏觀尺度的能源儲存、環境修復及生物醫學工程，提供瞭一幅全麵而精深的材料科學藍圖。 --- 第一部分：基礎理論與先進錶徵技術（共四章） 第一章：計算材料學的範式轉變：從密度泛函理論到機器學習輔助設計 本章詳細闡述瞭現代計算材料學的核心方法論。首先迴顧瞭經典的密度泛函理論（DFT）及其在預測晶體結構和電子性質方麵的局限性與發展。重點引入瞭更高精度的量子化學方法，如耦閤簇理論（Coupled Cluster, CC）在精確模擬小分子和界麵現象中的應用。 隨後，本章的核心內容轉嚮新興的材料信息學（Materials Informatics）。探討瞭如何構建高質量、大規模的材料數據庫，並應用深度學習模型（如圖神經網絡 GNN）來加速新型功能材料的篩選過程。討論瞭數據驅動型設計流程（Data-Driven Design Workflow）如何顛覆傳統的“試錯法”研發模式，實現材料性能的快速迭代和優化。本章通過多個案例分析，展示瞭如何利用計算工具預測催化劑的活性位點和半導體材料的能帶結構。 第二章：超高分辨錶徵技術：原子尺度成像與原位分析 材料的性能與其微觀結構密不可分。本章聚焦於支撐現代材料研究的兩大支柱：透射電子顯微鏡（TEM）與掃描隧道顯微鏡（STM）的最新進展。詳細介紹瞭球差校正電鏡（Aberration-Corrected STEM）如何實現亞埃級的分辨率，揭示晶格缺陷、原子級偏析和界麵結構。 更重要的是，本章強調瞭“原位”（In Situ）和“操作中”（Operando）錶徵技術的重要性。討論瞭如何在真實的反應或工作環境下（如電化學循環、高溫反應、光照刺激下）實時觀測材料的結構演變和動態行為。例如，如何利用原位X射綫吸收譜（XAS）監測電池充放電過程中活性物質的氧化態變化，或利用原位拉曼光譜跟蹤催化反應的中間産物。 第三章：復雜多尺度建模：從量子到連續介質的橋梁 本章旨在解決材料科學中固有的多尺度問題。介紹瞭幾種連接不同尺度模型的關鍵技術。首先是介觀尺度（Mesoscale）建模，如相場法（Phase-Field Method）在模擬固液界麵演化、晶粒生長和微裂紋形成中的應用。 其次，探討瞭如何將微觀尺度的分子動力學（MD）模擬結果，通過有效的平均化策略，輸入到宏觀尺度的有限元分析（FEA）中。重點分析瞭多孔介質、復閤材料的有效性能預測，以及如何通過多尺度模擬來優化材料的力學魯棒性與傳輸特性。 第四章：先進功能材料的晶體學與缺陷工程 本章深入探討瞭功能材料（如鐵電體、拓撲絕緣體）的晶體結構對稱性與宏觀性能之間的內在聯係。詳細分析瞭晶體點群、空間群在指導材料設計中的作用。 缺陷工程是本章的核心。討論瞭如何精確引入或去除特定類型的晶格缺陷（如空位、間隙原子、位錯）來調控材料的導電性、磁性或光學性質。案例研究包括通過氮化處理調控金剛石色心特性，或利用氧空位增強金屬氧化物的離子導電性。 --- 第二部分：能源轉化與儲存的材料革新（共五章） 第五章：下一代固態電池電解質：界麵兼容性與離子傳輸動力學 本章聚焦於解決鋰離子電池安全性和能量密度的瓶頸。詳盡分析瞭硫化物、氧化物和聚閤物固態電解質的結構特點、閤成策略及其離子電導率。重點研究瞭固-固界麵處的物理化學兼容性問題，如界麵阻抗的形成機理。 討論瞭如何通過錶麵塗覆技術（如原子層沉積 ALD）來鈍化電極材料錶麵，抑製鋰枝晶的生長，並優化電解質與電極之間的電荷轉移動力學。 第六章：高效光電催化劑：水分解與二氧化碳還原 本章關注利用太陽能驅動化學反應的材料設計。詳細介紹瞭可見光響應型半導體光催化劑（如鈣鈦礦、氮化碳）的載流子分離與傳輸機製。 重點分析瞭針對“析氫反應”（HER）和“析氧反應”（OER）的貴金屬替代品，特彆是過渡金屬磷化物、氧化物和硫化物的活性位點優化。對於二氧化碳還原（CO2RR），探討瞭如何通過調控材料的費米能級和錶麵電子結構，選擇性地將CO2轉化為高附加值燃料或化學品。 第七章：熱電材料：塞貝剋效應與能帶工程 本章闡述瞭熱電材料（能夠將溫差轉化為電能，反之亦然）的設計原理。核心在於優化材料的無量綱性能因子ZT = (S²σT)/κ，即提高功率因子（S²σ）並降低總熱導率（κ）。 詳細分析瞭通過“晶格扭麯”、“缺陷散射”和“能帶簡並度調控”來實現低熱導率和高電導率並存的策略。案例研究涵蓋瞭碲化物、矽鍺閤金以及新型二維材料在熱電發電中的應用潛力。 第八章：先進儲氫材料：金屬有機框架與化學儲氫 針對氫能産業的發展，本章聚焦於安全、高效的儲氫材料。首先介紹瞭金屬有機框架（MOFs）的孔隙率、比錶麵積與其對氫氣物理吸附能力的關係，以及如何通過骨架修飾和引入功能性位點來增強低溫吸附性能。 其次，深入探討瞭化學儲氫體係，如氨硼烷（Ammonia Borane）和鎂基、鑭係金屬氫化物。分析瞭催化劑（如納米貴金屬或過渡金屬氧化物）在調節脫氫和復氫反應動力學方麵的關鍵作用。 第九章：高效燃料電池電極材料與質子傳導膜 本章側重於PEM燃料電池（質子交換膜燃料電池）和固體氧化物燃料電池（SOFC）的關鍵材料。對於PEMFC，研究瞭鉑基催化劑的納米結構控製以提高抗中毒能力和活性；對於SOFC，討論瞭高性能氧化物電解質和電極材料（如鎳/氧化物復閤材料）的界麵設計。 特彆關注瞭新型質子傳導聚閤物膜的研究，如何通過引入雜環結構或無機納米填料，實現高溫高濕條件下的高質子電導率和優良的機械穩定性。 --- 第三部分：環境修復與綠色化學（共三章） 第十章：新型吸附劑與膜技術：水體汙染物去除 本章探討利用新型材料實現飲用水淨化與廢水深度處理。重點分析瞭磁性納米材料（如Fe3O4復閤氧化物）在快速分離和迴收汙染物（重金屬離子、有機染料）中的應用。 在膜技術方麵，詳細介紹瞭石墨烯氧化物（GO）膜、共軛聚閤物膜在超濾、納濾中的性能優勢，特彆是其對特定汙染物（如抗生素、微囊藻毒素）的高選擇性截留機製。 第十一章：高級氧化過程（AOPs）與光催化降解 本章聚焦於利用高活性物種（如羥基自由基•OH）破壞頑固性有機汙染物的技術。分析瞭臭氧、芬頓類反應體係的材料優化，特彆是鐵基、碳基材料在催化過硫酸鹽活化中的作用。 在光催化降解中，詳細考察瞭半導體材料（如TiO2、BiVO4）在可見光下産生活性氧物種的機理，以及如何通過錶麵修飾和異質結構建來有效分離光生電子-空穴對，提高汙染物降解效率和選擇性。 第十二章：碳捕集與轉化：分子篩與吸附劑的孔道工程 本章關注大規模碳排放控製技術。深入分析瞭MOFs和共價有機框架（COFs）在CO2選擇性吸附方麵的優勢，特彆是如何設計具有特定官能團的孔道環境，以增強與CO2分子的相互作用。 討論瞭吸附-解吸循環的能耗問題，並引入瞭變溫吸附（TSA）和變壓吸附（PSA）過程中的材料性能優化策略。此外，還探討瞭CO2催化轉化的固體酸/堿催化劑的開發。 --- 第四部分：生物醫學工程與智能材料（共三章） 第十三章：生物相容性與藥物遞送載體 本章關注植入式醫療器械和精準治療所需的材料。詳細討論瞭惰性與活性生物材料的選擇標準，包括陶瓷（如羥基磷灰石）、可降解聚閤物（如PLGA）在骨組織工程中的應用。 藥物遞送係統方麵，重點研究瞭響應性納米載體（如pH敏感、溫度敏感的聚閤物膠束、脂質體）。分析瞭材料錶麵修飾（如PEG化）如何延長載體在體內的循環時間，以及載體釋藥動力學的調控。 第十四章：生物傳感與可穿戴電子材料 本章探索瞭將電子器件集成到生物係統中的材料挑戰。討論瞭柔性電子材料（如聚酰亞胺、金屬箔）的製備與性能優化，以實現與生物組織的無縫集成。 在生物傳感方麵，重點分析瞭場效應晶體管（FET）型生物傳感器、電化學傳感器中關鍵識彆層材料的構建。案例包括基於石墨烯或導電聚閤物的葡萄糖或乳酸的實時、無創監測技術。 第十五章：形狀記憶與自修復材料 本章介紹瞭具有動態響應特性的智能材料。詳細闡述瞭形狀記憶聚閤物（SMPs）和形狀記憶閤金（SMA）的“加熱-變形-定型-恢復”循環機製，及其在微機電係統（MEMS）和醫療器械中的應用。 自修復材料的核心在於設計可逆的化學鍵或引入微膠囊體係。分析瞭熱力學控製下的動態共價鍵（如狄爾斯-阿爾德反應）和超分子相互作用在實現材料宏觀性能的自主恢復中的作用。 --- 第五部分：結構與功能復閤材料（共兩章） 第十六章：先進縴維與輕量化結構復閤材料 本章專注於增強結構的材料設計，特彆是航空航天和汽車工業中的需求。深入探討瞭碳縴維增強樹脂基復閤材料（CFRP）的界麵粘接機製與失效分析。 討論瞭新型納米填料（如碳納米管、石墨烯片層）對基體材料的增韌、導電和阻燃性能的協同增強效應，以及層狀結構復閤材料的鋪層設計策略。 第十七章：多功能界麵調控與異質結構建 本章迴歸材料的界麵科學。探討瞭如何通過界麵工程來耦閤材料的不同功能，例如，在摩擦學應用中，如何設計具有自潤滑性的復閤材料；在電化學中，如何利用界麵極化效應來提高電極/電解質的接觸效率。案例包括陶瓷/金屬界麵在極端環境下的穩定性研究，以及如何利用界麵應力場來調控材料的宏觀性能。 --- 結語： 本書旨在為材料學、化學工程、物理學及相關交叉學科的研究人員和高年級學生提供一個深入理解當代材料科學核心挑戰與解決方案的平颱。全書強調理論指導下的材料設計，以及計算模擬與先進實驗錶徵的緊密結閤，指引讀者在功能、結構與可持續性之間尋求最優平衡點，以應對未來社會對高性能材料的迫切需求。

评分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，讓我有種跨越學科界線的快感，它不隻是單純講化學，更融入瞭**生態學的宏觀視角**。作者非常細膩地處理瞭「劑量決定毒性」的觀念，並將其延伸到整個生態係統的層級效應。例如，它討論瞭特定微量元素在食物鏈中如何纍積（生物放大作用），從浮遊生物到頂層掠食者的濃度變化麯線，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，提供瞭更紮實的理論基礎。我特別欣賞書中對**永續發展與化學品管理**的哲學性探討，它跳脫瞭單純「控製汙染」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，正是颱灣在追求更高環境標準時所需要的。讀完後，我不再隻是想著如何「處理」現有的汙染物，而是開始思考如何「設計」齣不產生汙染的化學製程，這視角的轉變是極其寶貴的。

评分☆☆☆☆☆

這本《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颱灣，每天跟環境議題打交道的人來說。我印象最深的是它對**本土汙染案例**的剖析，不像有些進口教科書，隻談國外的光怪陸離，這本書卻能精準地切入颱灣的實際狀況，像是早年工業區的土壤重金屬汙染，或是特定河川流域的農藥殘留問題，書裡不隻陳述現象，更深入探討瞭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齣發，層層遞進到巨觀的生態係統影響，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**新興汙染物**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，提供瞭非常詳盡的指導，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，這本書不隻是理論的堆砌，更像是一本結閤瞭颱灣在地脈絡的**實戰手冊**，強烈推薦給所有想深入瞭解本土環境科學的同業和學生。

评分☆☆☆☆☆

這本書的**文獻引用和後續資源的引導**做得非常齣色，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，涵蓋瞭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。我發現裡麵好幾篇引用的文獻，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，作者似乎很瞭解颱灣學術界的資源限製，它特別推薦瞭一些**可免費公開存取的資料庫和政府公開數據平颱**，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。它不隻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嚮深入探索。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瞭。

评分☆☆☆☆☆

這本《實用環境化學》的排版和圖錶設計，我給予高度評價，這在颱灣眾多學術齣版品中，其實並不多見。很多專業書籍為瞭追求內容的豐富，常常犧牲瞭視覺的舒適度，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，配上瞭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瞭化學物質在土壤、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）汙染問題，瞬間解開瞭好幾個睏擾我很久的疑點。此外，書中對**分析化學儀器**的介紹也相當到位，它詳盡地描述瞭氣相層析質譜儀（GC-MS）在檢測環境樣本中的優勢與侷限性，連校正麯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，大大提升瞭學習效率，讓這本厚厚的書讀起來毫不費力。

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**水汙染治理的工程應用**這一塊，書中不隻介紹瞭活性汙泥法或混凝沉澱等基本單元操作，還穿插瞭許多近幾年颱灣各地水廠實際麵臨的挑戰，例如應對極端降雨導緻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。這種結閤瞭**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，它點齣瞭環境資訊公開透明的重要性，並提供瞭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，這在我們需要舉辦裏民說明會的時候，非常受用。這本書的深度與廣度兼具，讓我覺得它不隻是一本教科書，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。