分子器件與分子機(jī)器

前言

幾年前，由于人們對(duì)能表現(xiàn)出有用功能的超分子體系的興趣愈濃，我們感覺(jué)有必要撰寫(xiě)一部專(zhuān)著來(lái)做一些介紹，以及在整體上對(duì)這個(gè)科學(xué)研究前沿做個(gè)總的概述。因此我們決定撰寫(xiě)《分子器件和分子機(jī)器——通向納米世界的捷徑》這本書(shū)，該書(shū)于2003年2月由Wiley—VCH出版社出版。此書(shū)被學(xué)界廣為接受和歡迎，被多個(gè)最重要的科學(xué)期刊引用和評(píng)述。2005年，這本書(shū)由田禾教授和王利民教授（華東理工大學(xué)，上海）翻譯成中文，并由中國(guó)化學(xué)工業(yè)出版社（北京）出版。該書(shū)的日語(yǔ)版也即將由NTS（東京）出版。最近幾年，人們對(duì)設(shè)計(jì)、合成及操作人工分子器件和機(jī)器的興趣逐漸增加。也涌現(xiàn)出很多新的基本觀念并涉及了許多新的體系。在2006年春天，Wiley-VCH告訴我們第一版的書(shū)還有一些印刷版，并建議不要重新印刷，他們認(rèn)為出版此專(zhuān)著的新版本將對(duì)科學(xué)界更為有用。和幾個(gè)同僚商量后，我們確實(shí)認(rèn)識(shí)到是時(shí)候修訂及更新《分子器件和分子機(jī)器——通向納米世界的捷徑》這本書(shū)了，我們保留了書(shū)名，但修改了副標(biāo)題以強(qiáng)調(diào)這是同一本書(shū)的新版本?！斗肿悠骷头肿訖C(jī)器——納米世界的概念和前景》的確保持了原版的基本結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)容卻有了充分的改變，為了幫助讀者認(rèn)識(shí)新興的發(fā)展趨勢(shì)，書(shū)中關(guān)于基本原理的章節(jié)大部分進(jìn)行了重寫(xiě)。如關(guān)于電子及能量轉(zhuǎn)移等基本過(guò)程的討論，認(rèn)識(shí)分子器件及分子機(jī)器與宏觀世界的相似之處，理解納米世界具有許多不一般的特征（并不像科幻電影、電視劇和小說(shuō)里的那樣），另外關(guān)于特殊器件和機(jī)器的章節(jié)也同時(shí)進(jìn)行了更新和改進(jìn)，并加入了一些新的章節(jié)。和第一版一樣，本書(shū)中所涉及的概念都用例證來(lái)加以說(shuō)明，并增加了一些最近出版的期刊上的例子。雖然此書(shū)主要關(guān)注人工的分子水平的器件和機(jī)器，但我們也向讀者介紹了一些自然界的和仿生的體系，以此讓讀者認(rèn)識(shí)“自然”和“人工”之間復(fù)雜性的差異是如此之大，同時(shí)也讓讀者體驗(yàn)到生活中材料方面所存在的美妙的化學(xué)機(jī)理。其中有一章舉例介紹了基于多相或固態(tài)體系的器件和機(jī)器，這個(gè)體系比起溶液體系更接近于實(shí)際應(yīng)用。附錄中的術(shù)語(yǔ)表以及主體索引都經(jīng)過(guò)了修訂和擴(kuò)展。

內(nèi)容概要

本書(shū)是關(guān)于分子器件與分子機(jī)器領(lǐng)域的學(xué)術(shù)專(zhuān)著，是在《分子器件與分子機(jī)器——通向納米世界的捷徑》的基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂和更新的。本月保持了原版的基本結(jié)構(gòu)，但是內(nèi)容上關(guān)注了相關(guān)領(lǐng)域的相關(guān)趨勢(shì)。全書(shū)對(duì)基本概念，用于處理電子和能量的分子機(jī)器，存儲(chǔ)器、邏輯門(mén)和相關(guān)體系以及該領(lǐng)域科學(xué)家所扮演的社會(huì)角色進(jìn)行了闡述。    本書(shū)不僅對(duì)在化學(xué)、物理、生物和納米技術(shù)領(lǐng)域從事研究活動(dòng)的科學(xué)家有重大意義，它同時(shí)可以補(bǔ)充并作為高年級(jí)本科生及研究生的學(xué)習(xí)教材。

作者簡(jiǎn)介

作者：(意大利)巴爾扎尼(Vincenzo Balzani) (意大利)Alberto Credi (意大利)Margherita Venturi 譯者：馬驤 田禾

書(shū)籍目錄

第1部分 基本概念  第1章 概述    1.1 分子水平的器件和機(jī)器    1.2 納米科學(xué)與納米技術(shù)    1.3 超分子(多組分)化學(xué)    1.4 “化大為小”的方法    1.5 “積小為大”的方法    1.6 “積小為大”分子的堆積    1.7 自組裝和共價(jià)合成的設(shè)計(jì)    1.8 能量與信號(hào)    參考文獻(xiàn)  第2章 通過(guò)分子和超分子體系傳遞能量和信號(hào)    2.1 概述    2.2 分子電子學(xué)    2.3 分子光子學(xué)    2.4 分子離子學(xué)    2.5 分子電子光子學(xué)      2.5.1 溶液系統(tǒng)      2.5.2 固態(tài)    2.6 分子電子化學(xué)離子學(xué)    2.7 分子光電子學(xué)      2.7.1 均相系統(tǒng)中的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移      2.7.2 非均相系統(tǒng)中光誘導(dǎo)的電荷的產(chǎn)生    2.8 分子光化學(xué)離子學(xué)      2.8.1 光子的釋放或吸收      2.8.2 金屬離子的釋放      2.8.3 陰離子的釋放      2.8.4 分子的釋放      2.8.5 構(gòu)型的變化    2.9 分子化學(xué)光子學(xué)    2.10 分子化學(xué)電子學(xué)    2.11 多輸入／過(guò)程      2.11.1 兩種有序的化學(xué)輸入和一個(gè)光輸入產(chǎn)生的光發(fā)射      2.11.2 平行的兩個(gè)電化學(xué)輸入產(chǎn)生一個(gè)有序的化學(xué)和光子的過(guò)程      2.11.3 光輸入產(chǎn)生并行和串行的過(guò)程    參考文獻(xiàn)第2部分 用于處理電子和能量的分子器件  第3章 光激發(fā)的電子和能量轉(zhuǎn)移的基本原理    3.1 分子和超分子光化學(xué)      3.1.1 分子光化學(xué)      3.1.2 超分子光化學(xué)    3.2 電子傳遞      3.2.1 Marcus理論      3.2.2 量子力學(xué)理論        3.2.2.1 電子因子        3.2.2.2 核因子        3.2.2.3 光電子轉(zhuǎn)移    3.3 能量轉(zhuǎn)移      3.3.1 庫(kù)侖機(jī)理      3.3.2 交換機(jī)理    3.4 橋基的作用    參考文獻(xiàn)  第4章 導(dǎo)線及相關(guān)體系    4.1 概述    4.2 導(dǎo)電率的測(cè)量方法    4.3 電極上的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程    4.4 基于光誘導(dǎo)電荷分離的線型體系      4.4.1 概述      4.4.2 雙體、三體和更大的體系      4.4.3 含有金屬絡(luò)合物的共價(jià)連接的體系      4.4.4 包含卟啉的共價(jià)連接體系      4.4.5 基于有機(jī)化合物的共價(jià)相連體系    ……  第5章 分子開(kāi)關(guān)中的電子轉(zhuǎn)移和能量傳遞過(guò)程  第6章 光收集天線  第7章 太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化第3部分 存儲(chǔ)器、邏輯門(mén)和相關(guān)體系  第8章 雙穩(wěn)態(tài)和多穩(wěn)態(tài)體系  第9章 邏輯門(mén)和邏輯電路第4部分 分子水平上的器件、機(jī)器、馬達(dá)  第10章 基本原理  第11章 自發(fā)的類(lèi)機(jī)械運(yùn)動(dòng)  第12章 與開(kāi)關(guān)及換位相關(guān)的運(yùn)動(dòng)  第13章 DNA納米機(jī)器  第14章 線性運(yùn)動(dòng)  第15章 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)  第16章 從溶液到非均相體系第5部分 科學(xué)和社會(huì)  第17章 我們這個(gè)時(shí)代的科學(xué)地位附錄  術(shù)語(yǔ)表  縮略語(yǔ)主題索引

章節(jié)摘錄

插圖：1.8 能量與信號(hào)與宏觀世界的機(jī)器和器件一樣，分子機(jī)器與器件的運(yùn)轉(zhuǎn)也需要能量，并且也需要與操作員進(jìn)行交流的信號(hào)。分子機(jī)器與器件屬于化學(xué)體系，因此它們的運(yùn)轉(zhuǎn)是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行的。廣義地說(shuō)，意味著電子和核的重排。但是在有些情況下，分子機(jī)器與器件基本上是在電子或能量轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上(未發(fā)生核的重排)發(fā)揮作用的。而在其他某些情況下，分子機(jī)器與器件的運(yùn)行是基于核在大范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)移。分子機(jī)器與器件運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的能量可以由(i)化學(xué)試劑， (ii)吸收質(zhì)子，(iii)電子得失等途徑提供。鑒于當(dāng)前化學(xué)燃料的短缺以及日趨嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題，太陽(yáng)能是首選的理想能源，并且在利用的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生廢物。即使在知識(shí)經(jīng)濟(jì)的社會(huì)，不可再生能源的消耗以及廢棄物的不斷累積的確會(huì)帶來(lái)非常嚴(yán)峻的問(wèn)題。我們需要合適的信號(hào)來(lái)監(jiān)控分子器件與機(jī)器的運(yùn)行。既然一種由單分子組成的體系在呈現(xiàn)特定功能時(shí)也會(huì)相應(yīng)改變自身的狀態(tài)，那么任何與這種狀態(tài)改變相關(guān)的信號(hào)都可用。在這點(diǎn)上，可以利用任何化學(xué)或物理的技術(shù)。最常用的是光譜技術(shù)(特別是核磁共振譜，Uv-vis吸收光譜和發(fā)光光譜)，對(duì)于給體一受體相互作用的系統(tǒng)，電化學(xué)技術(shù)也相當(dāng)有用。

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《分子器件與分子機(jī)器:納米世界的概念和前景(原著第2版)》：當(dāng)代化學(xué)譯叢。

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