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第1章　概论1

1.1　分子科学的发展1

1.1.1　科学原子论的提出及分子和原子的研究1

1.1.2　分子科学研究的技术发展2

1.2　分子科学研究推动了其他学科的发展3

1.2.1　化学3

1.2.2　物理学5

1.2.3　生命科学6

1.2.4　材料科学8

1.2.5　微电子学8

1.3　分子科学的研究内容举例9

1.3.1　分子转化的本质、规律、控制以及单分子操纵9

1.3.2　单分子表征、检测和调控的方法与技术9

1.3.3　分子自组装规律研究9

1.3.4　手性起源与手性分子科学10

1.3.5　高分子结构与功能的调控10

1.3.6　分子仿生与智能材料10

1.3.7　分子材料与分子器件10

1.3.8　分子科学与生命科学的交叉与融合11

1.3.9　与环境协调的分子转化过程与调控机理11

1.3.10　以再生资源为基础的分子科学11

1.4　分子科学研究面临的挑战12

1.5　本书内容概要12

参考文献13

第2章　分子晶体——晶体工程与功能15

2.1　晶体工程与超分子化学15

2.1.1　氢键在超分子自组装的作用16

2.1.2　通过配位作用进行超分子的自组装24

2.1.3　超分子中的其他弱相互作用35

2.2　晶体工程与材料化学37

2.2.1　非线性光学晶体材料的晶体工程37

2.2.2　分子磁体的晶体工程40

2.2.3　电荷转移复合盐类分子导体的晶体工程54

2.3　手性配合物58

2.3.1　手性的相关概念58

2.3.2　零维手性空腔配合物和手性配位聚合物的结构和制备60

2.3.3　零维手性空腔配合物和手性配位聚合物的某些应用74

2.3.4　手性配位聚合物或零维手性空腔配合物分子聚集体的未来发展方向78

参考文献78

第3章　分子光谱学与分子动力学88

3.1　概述88

3.2　现代分子光谱学研究89

3.2.1　基本概念89

3.2.2　气相自由基分子光谱91

3.2.3　高振动态分子光谱及分子内传能动力学92

3.2.4　分子团簇的光谱及结构研究94

3.2.5　超低温氦纳米团簇内的分子光谱研究97

3.2.6　低温基质中非稳态分子的光谱研究99

3.2.7　低温仲氢量子晶体中的分子光谱102

3.2.8　分子离子的光谱研究104

3.3　分子反应动力学的实验研究105

3.3.1　引言105

3.3.2　实验技术106

3.3.3　分子光解动力学研究107

3.3.4　双体分子反应动力学研究115

3.3.5　较复杂体系的化学反应动力学研究121

3.4　分子反应动力学的理论研究123

3.4.1　简介123

3.4.2　玻恩-奥本海默（Born-Oppenheimer）近似和分子势能面124

3.4.3　核运动的薛定谔方程及散射矩阵128

3.4.4　非含时量子反应散射计算方法：超球坐标法及其应用130

3.4.5　含时量子反应散射计算方法：含时波包法及其应用132

3.4.6　准经典轨线方法142

3.5　趋势与展望144

参考文献145

第4章　单分子识别——扫描探针显微术在分子识别研究中的应用156

4.1　修饰STM针尖法对18硫醇分子中巯基的观测识别157

4.1.1 利用未修饰的STM针尖成像时得到的18硫醇分子的STM图像157

4.1.2　利用碘修饰的STM针尖成像时得到的18硫醇分子的STM图像158

4.1.3　利用硫修饰的STM针尖成像时得到的18硫醇分子的STM图像159

4.2　手性识别160

4.2.1　中心手性分子的识别160

4.2.2　轴手性分子的识别164

4.2.3　二维组装超分子手性表面的识别167

4.3　杯［8］芳烃／C60复合结构的识别170

4.4　不同电位下相变结构的识别172

4.5　原子力显微镜研究纤维蛋白原的吸附结构178

4.6 单分子力谱研究生物分子间相互作用力180

4.6.1　核酸识体与蛋白质的相互作用181

4.6.2　转录因子与DNA响应元件的相互作用182

4.7　原子力显微镜单分子识别成像184

参考文献185

第5章　高分子——从合成到天然190

5.1　高分子发展历史190

5.2　高分子和大分子的几个前沿问题194

5.2.1　高分子合成与制备195

5.2.2　高分子制备和材料的绿色化195

5.2.3　纳米尺度上高分子和大分子聚集态研究196

5.2.4　高分子成型中基本物理问题研究197

5.2.5　功能高分子和大分子197

5.2.6　医用高分子198

5.2.7　仿生高分子199

5.2.8　高分子和大分子的智能化200

5.2.9　生命体系中的大分子201

5.3　小结201

参考文献201

第6章　分子聚集体化学204

6.1　概述204

6.1.1　分子聚集体构筑的理解206

6.1.2　分子间作用力207

6.2　Langmuir-Blodgett（L-B）膜技术213

6.2.1 Langmuir-Blodgett（L-B）膜的历史与基本概念214

6.2.2　L-B膜的制备216

6.2.3　L-B膜的发展动向和现状223

6.3　自组装膜技术227

6.3.1 自组装膜的基本过程228

6.3.2　几种常见的自组装膜体系229

6.3.3 自组装膜的发展动向与现状233

6.4　层层组装技术236

6.4.1　层层组装技术的基本过程和概念236

6.4.2　基于静电作用的层层组装技术237

6.4.3　基于氢键作用的层层组装技术240

6.4.4　基于配位作用的层层组装技术241

6.4.5　各种成膜技术的比较243

6.5　溶液中的有序分子组合体244

6.5.1　水性胶束、反胶束和微乳液246

6.5.2　表面活性剂囊泡和聚合囊泡248

6.6　新型两亲分子研究进展250

6.6.1　Gemini型两亲分子250

6.6.2　双头基两亲分子255

6.7　超分子手性问题研究进展264

6.7.1 手性超分子的制备264

6.7.2　手性超分子功能的研究进展270

6.8　小结275

参考文献275

第7章　分子器件281

7.1　概述281

7.1.1　分子器件的定义281

7.1.2　分子电子学的诞生和发展282

7.1.3　分子器件的优点285

7.1.4　分子器件面临的挑战285

7.2　分子导线286

7.2.1　分子导线的定义286

7.2.2　分子中的电荷和能量转移286

7.2.3　分子导线实例300

7.2.4　展望308

7.3　分子开关308

7.3.1　电子通道开关308

7.3.2　能量传输开关312

7.3.3　超分子体系分子开关313

7.3.4　其他分子开关316

7.4　分子整流器319

7.4.1　分子整流器的基本原理319

7.4.2　具有整流效应的分子324

7.4.3　整流效应的来源325

7.4.4　分子整流器最新进展和存在的问题329

7.5　分子存储器331

7.5.1　光致变色材料体系332

7.5.2　超分子体系的分子存储器336

7.5.3　卟啉分子存储器337

7.5.4　负阻效应分子的自组装单分子膜338

7.5.5 自旋转变高分子化合物体系341

7.5.6　生物分子及生物的信息存储342

7.6　分子电路与分子场效应晶体管345

7.6.1　分子电路345

7.6.2　分子场效应晶体管357

7.7　分子逻辑门与分子计算机362

7.7.1　分子逻辑门362

7.7.2　分子计算机381

7.8　分子机器与马达386

7.8.1　分子机器387

7.8.2　分子马达393

7.8.3　轮烷、准轮烷、索烃组成的分子机器398

7.9　纳米碳管在分子器件方面的应用407

7.9.1　引言407

7.9.2　纳米导线408

7.9.3　分子间隙电极409

7.9.4　纳米碳管场效应晶体管410

7.9.5　纳米碳管整流器411

7.9.6　单电子输运晶体管413

7.9.7　隧穿二极管414

7.9.8　分子存储器415

7.9.9　分子逻辑门415

7.9.10　分子机器417

参考文献419

第8章 生物分子螺旋结构的模拟及生物分子相互作用的测定方法研究423

8.1　概述423

8.2　芳酰胺型螺旋折叠体研究进展424

8.2.1　引言424

8.2.2　芳酰胺型螺旋折叠体425

8.2.3　小结与展望439

8.3　生物分子相互作用的测定与表征439

8.3.1　生物分子的相互作用439

8.3.2　平衡状态下生物分子相互作用的测定与表征441

8.3.3　动态生物分子相互作用的测定与表征446

参考文献454

第9章　合成与制备科学——碳、非碳及部分有机材料458

9.1　概述458

9.2　富勒烯纳米材料的制备458

9.2.1　富勒烯的制备研究459

9.2.2　内嵌富勒烯462

9.2.3　富勒烯衍生物的制备研究465

9.3　纳米管及相关纳米材料制备481

9.3.1　纳米管的结构和性质481

9.3.2　多壁碳纳米管484

9.3.3　单壁纳米管487

9.3.4　纳米管修饰489

9.4　非碳纳米材料492

9.4.1　纳米结构中空微球492

9.4.2　纳米结构有序介孔材料501

9.5　共轭大π体系的化合物的合成505

9.5.1　卟啉的合成505

9.5.2　卟啉的功能化510

9.5.3　功能苝四甲酰二亚胺的合成524

9.5.4　共轭寡聚物的制备、性质与应用536

9.5.5　水溶性共轭聚合物543

9.5.6　氢键的非共价作用554

参考文献559

第10章　理论化学575

10.1　概述575

10.2　电子结构理论578

10.2.1　薛定谔方程578

10.2.2 电子哈密顿量的求解——Hartree-Fock理论580

10.2.3　Post-Hartree-Fock理论583

10.2.4　密度泛函理论592

10.2.5　国内关于电子结构的理论化学研究594

10.3　凝聚相化学动力学理论595

10.3.1　分子振动弛豫596

10.3.2　反应速率理论598

10.3.3　半经典理论604

10.4　分子材料计算模拟的理论模型与应用举例606

10.4.1　分子聚集体与有机纳米结构性能606

10.4.2　有机电致发光材料的激发态过程613

10.5　趋势与展望623

参考文献625