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Guglielmo Lanzani 著

图书标签:

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• Nanomaterials

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出版社： Wiley VCH Verlag GmbH

ISBN：9783527410545

商品编码：1201818410

包装：精装

外文名称：Photophysics behind Ph...

出版时间：2012-03-14

页数：220

图书基本信息

Photophysics behind Photovoltaics and Photonics
中文书名： 光伏技术和光子学背后的光物理学
作者： Guglielmo Lanzani
ISBN13： 9783527410545
类型： 精装(精装书)
出版日期： 2012-03-14
出版社： Wiley-VCH Verlag GmbH
页数： 220
重量（克）： 566
尺寸： 244 x 173 x 10 mm

商品简介

From a leading researcher in optical spectroscopy and electronic properties of novel semiconductors comes this much-needed toolbox title to understand the concepts behind the spectroscopy of advanced organic materials and how they work.

书籍简介：光催化与能源转化前沿探索 书名：光催化与能源转化前沿探索 内容简介： 本书全面深入地探讨了光催化领域的前沿研究进展、关键科学问题以及在可持续能源转化中的应用潜力。全书围绕如何高效地利用太阳能驱动化学反应，实现清洁燃料的生产和污染物降解等核心议题展开，旨在为材料科学、化学工程、新能源技术等领域的科研人员和高年级学生提供一份详尽的参考指南。 第一部分：光催化基础理论与材料设计 本部分首先系统梳理了光催化反应的基本原理，包括光生载流子的产生、迁移、分离与复合过程，以及表面反应动力学。详细阐述了光催化剂的能带结构、光吸收特性与电荷转移机制之间的内在联系。 第一章：光催化基本原理 深入剖析了光生电子-空穴对的产生机制，重点讨论了光生载流子的分离效率对催化性能的决定性影响。内容涵盖了光生载流子的空间分离、界面电荷转移以及表面活性位点在氧化还原反应中的作用。同时，引入了基于第一性原理计算（DFT）对光催化材料电子结构和表面吸附能的理论模拟方法，为材料的理性设计奠定理论基础。 第二章：高性能光催化材料的构建 本章聚焦于新型光催化剂的设计与合成。详细介绍了半导体光催化剂的分类（如TiO2、氮化碳、复合氧化物等）及其各自的优缺点。重点阐述了通过形貌调控（如构建纳米线、量子点、多孔结构）和界面工程（如构建异质结、构建表面缺陷态）来拓宽光谱响应范围、提高载流子分离效率的策略。特别讨论了构建Z型异质结和Type-II异质结在促进电荷分离中的独特优势。此外，对等离激元增强光催化（Plasmon-Enhanced Photocatalysis）的物理机制进行了细致的分析，展示了贵金属和表面等离激元共振在可见光响应增强中的潜力。 第三部分：关键能源转化应用 本书的第二部分将理论知识应用于实际的能源转化挑战中，着重介绍两大核心应用领域：太阳能制氢和二氧化碳还原。 第三章：太阳能驱动的水分解制氢 本章系统总结了光催化水分解制氢（Solar Hydrogen Production）的研究进展。详细讨论了光电化学池（PEC）与纯光催化分解反应的异同。核心内容包括： 1. 助催化剂的作用： 探讨了贵金属（如Pt, Pd）和非贵金属氧化物/硫化物作为析氢反应（HER）助催化剂对反应动力学的提升作用。 2. 析氧反应（OER）的挑战： 分析了水氧化反应作为速率限制步骤的瓶颈，并介绍了新型高活性和高稳定性OER催化剂的开发策略，如钴基、镍基氧化物和氢氧化物的应用。 3. 光催化剂的稳定性： 讨论了材料在强氧化还原环境下的长期稳定性问题及其解决途径。 第四章：光催化二氧化碳还原（CO2RR） 本章深入探讨了光催化剂将温室气体CO2转化为高价值化学品（如CO, CH4, 甲醇等）的最新进展。 1. 反应路径与产物选择性： 分析了CO2还原反应中多电子转移过程的复杂性，以及如何通过表面结构调控来控制目标产物的选择性。 2. 电子转移与活性位点： 结合原位表征技术，揭示了光照下活性位点的形成与演化过程，强调了C1产物（如CO, HCOOH）和C2+产物（如乙烯，乙醇）合成的关键区别。 3. 耦合反应体系： 介绍了将CO2还原与水氧化耦合，实现全太阳能驱动的CO2到燃料的转化体系设计思路。 第三部分：环境修复与高级氧化 本部分聚焦于光催化技术在环境治理领域的应用，特别是针对难降解有机污染物的去除。 第五章：光催化降解有机污染物 详细介绍了光催化技术在水和空气净化中的应用。内容包括： 1. 活性物种的产生： 重点分析了光生空穴、羟基自由基 ($cdot ext{OH}$)、超氧自由基 ($cdot ext{O}_2^-$) 在氧化降解中的相对贡献。 2. 催化剂对特定污染物的选择性： 讨论了染料、抗生素、内分泌干扰物等代表性污染物的降解路径和机理，以及如何通过材料表面改性来提高对特定污染物的吸附和活化能力。 3. 光催化反应器设计： 简要介绍了实验室和工业规模的光催化反应器（如平板式、固定床式）的设计原则与优化策略，以实现高效的光能利用和污染物接触效率。 第四部分：表征技术与未来展望 本章强调了先进表征手段在理解光催化机理中的不可替代性，并对该领域未来的发展方向进行了预测。 第六章：光催化性能的表征技术 全面介绍了用于解析光催化反应机理的关键表征工具： 1. 光电化学测试： 包括光电流密度-电压（J-V）曲线、电化学阻抗谱（EIS）和光电流瞬态响应，用于评估电荷转移效率。 2. 原位/非原位光谱技术： 重点介绍原位傅里叶变换红外光谱（In-situ DRIFTS）和拉曼光谱，用于实时监测催化剂表面反应中间物和表面物种。 3. 载流子寿命测量： 介绍了时间分辨光致发光（TRPL）等技术在测量电子-空穴复合时间尺度上的应用。 第七章：挑战与未来趋势 总结了当前光催化领域面临的主要挑战，包括量子效率（IQE）的瓶颈、催化剂的规模化制备与成本控制、以及缺乏统一的机理验证标准。展望了未来可能取得突破的方向，如：可见光驱动的深度氧化还原耦合反应、人工光合作用的仿生设计，以及结合机器学习和高通量筛选来加速新型光催化材料的发现。 本书结构严谨，内容翔实，理论与应用并重，是光催化研究领域不可多得的综合性参考专著。

评分☆☆☆☆☆

这本《Photophysics behind Photovoltaics and Phot...》的书简直是为我这种对光电转换机制充满好奇的深度爱好者量身定做的。它并没有停留在描述太阳能电池的性能指标和商业应用层面，而是像一个耐心的导师，一步步引导我深入到光物理现象的微观世界。书中对激发态动力学、激子分离过程以及电荷传输机制的阐述，详尽而又不失生动，尤其是对不同半导体材料中光生载流子的寿命和复合路径的分析，简直是教科书级别的严谨。我特别欣赏作者对前沿课题，例如钙钛矿材料中的缺陷态影响和新型有机半导体的能级匹配，所进行的细致梳理。每一次翻阅，都能发现新的知识盲点被填补，它不仅仅是一本技术手册，更像是一扇通往光子与物质相互作用核心奥秘的窗户，让原本抽象的量子力学概念在实际的光伏应用背景下变得触手可及。那种知识层层递进，逻辑链条清晰完整的阅读体验，是其他同类书籍难以比拟的。

评分☆☆☆☆☆

这本书在阐述光生电荷的收集与传输效率时，表现出了极高的批判性思维。它并没有简单地接受现有的器件模型，而是深入挖掘了材料本身的固有局限性。我尤其对其中关于界面电荷陷阱的形成机理的分析印象深刻，作者似乎更倾向于从原子尺度的不完美性来解释宏观性能的损失，这种“由小及大”的分析路径极具说服力。此外，书中对不同维度材料（如量子点、二维材料）光物理特性的对比研究，非常有助于我们理解维度变化对激子行为的根本性影响。它鼓励读者跳出传统晶体硅的思维定势，去思考在更小尺度上如何更有效地利用每一个入射光子。总的来说，这是一部能引发深刻思考、推动研究方向转变的重量级著作，读完后，我对光伏领域的理解已经提升到了一个全新的、更加底层的维度。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的学术严谨性达到了令人咋舌的程度，参考文献的密度和深度显示出作者深厚的学术积累。我发现，它不仅涵盖了成熟的无机半导体光物理基础，还花了不少篇幅探讨了诸如等离激元共振增强效应（SPR）在光吸收增强中的作用，以及新兴的光热效应如何影响器件的长期稳定性。这让我感觉到，这本书的视野不仅立足于当下，更着眼于未来光电技术的突破口。作者在描述某些前沿的激子诱导相分离机制时，采用了非常精炼和高度数学化的语言，这可能对初学者构成一定的门槛，但对于追求极致理解的专业人士而言，这正是其价值所在。它不是一本试图取悦所有人的入门读物，而是一部为下一代光物理学家准备的深度参考工具书，其中的每一个公式推导和参数设定都值得反复推敲。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构布局非常精妙，它成功地平衡了理论的艰深与阅读的流畅性。尽管涉及大量的光谱学、半导体物理和量子化学概念，但作者总能找到恰当的类比和图示来辅助理解那些极其复杂的能量转移过程。对于我这个非纯理论背景的研究者来说，它提供了一个非常友好的“脚手架”。例如，在讨论异质结界面处电荷分离效率时，书中不仅提供了稳态下的能带图分析，还穿插了时间分辨光谱实验的结果解读，这使得抽象的理论模型瞬间具象化了。我最欣赏的一点是，它对不同光照条件和温度依赖性的讨论，这直接关系到真实世界中光伏器件的性能衰减问题，使得书中的知识具有极强的可迁移性和实用指导价值。它没有避开那些“脏”的、充满缺陷的现实材料问题，而是直面它们，并试图从物理层面寻找解释，这一点非常难能可贵。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的深度远远超出了我最初的预期，它对“光物理”这一核心概念的解读，展现出一种近乎哲学的审视高度。我之前接触的许多光伏书籍，往往只是将光物理作为实现高效率的工具性步骤来介绍，但这本书却将其视为整个转换链条的基石。作者似乎非常热衷于探讨光子捕获后，能量如何在晶格振动、电子跃迁和界面陷阱之间“流浪”的过程，这种对能量耗散路径的精妙描摹，极大地拓宽了我对光伏效率瓶颈的理解。当我读到关于表面重组和空间电荷限制效应的部分时，我简直感觉自己正身处一个高度受控的实验室环境中，亲眼观察着电子的“艰难跋涉”。这种将基础物理定律与工程实践完美融合的写作手法，让这本书的阅读体验充满了智力上的挑战和满足感，绝非那种只停留在现象描述的浅尝辄止之作。