前言
《现代无机化学》教材自2020年出版以来，收到了一些教师和学生的反馈意见，综合读者的建议以及近年来无机化学领域的新进展，编者对教材内容做了如下调整和修订：
⑴全书以无机化学的基础理论（第1~4章）制备方法（第5章）分离技术（第6章）表征技术（第7章）应用领域（第8~11章）为主线，将理论知识、前沿进展和创新设计相融合，系统介绍无机化学领域出现的新理论、新方法、新技术、新材料和新应用。
⑵将第一版中的第9章生物无机化学改为第4章生物无机化合物及应用，通过前四章内容系统介绍现代无机化学的理论基础，并融入相关交叉学科的新内容。
⑶新增无机分离技术与纯化章节，完善无机物的制备与分离纯化方法。
⑷新增生物医学纳米材料及应用章节，拓展无机材料在医学领域的新应用。
⑸原子簇化合物及应用章节增加了金属纳米团簇；无机合成技术与制备章节增加了特殊合成方法；无机物常用表征方法及应用章节增加了两类无机物表征及分析的应用实例；金属有机骨架材料及应用章节增加了各种合成方法的最新应用实例。
⑹将原来的第6章和7章分别移到第8章和9章，并进行适当的删减和补充，以便突出无机合成方法和关键无机材料在能源储存和转换中的应用及其相关进展。
⑺在选编内容时，特别注重结合能源、化工、材料和生物等学科的特色，力求通过生动有趣的科研实例激发学生的学习热情，同时培养他们运用化学理论和知识解决实际问题的能力。
⑻结合人工智能（AI）辅助学习的理念，在各章节习题中，增加了基于现代无机化学前沿热点的课程论文撰写。
本书由任颜卫、邓远富和刘锦斌主编。具体内容的选定由编写组商议确定，全书定稿由任颜卫完成。参与编写的人员及所负责章节：任颜卫和展树中第1、2、3章，王湘利和刘锦斌第4章，邓远富第5、6、8、9章，任颜卫绪论、第7、10章，刘锦斌第11章。
本书编写过程中，参考了一些院校教材和公开发表的学术论文，并从中得到了启发和教益，在此对相关人员和单位表示感谢。同时，感谢华南理工大学本科精品教材专项建设项目和化学与化工学院的资助。
尽管我们做了一些努力，但限于编者水平，疏漏之处在所难免，敬请同行及使用本书的教师和同学们提出宝贵意见，以便有机会再版时得以更正。
编者于华南理工大学
2025年5月
第一版前言
随着时代的不断前进和科学的迅猛发展，研究成果层出不穷。如何更好地反映化学学科发展的新成就，使化学的教学更能适应化学的可学性和新世纪人才培养的需要，是高等学校的使命和工作目标。随着高等学校教学改革的进一步深入，尤其是近年来开始的大类招生，高校无机化学课程的教学时数不断被压缩，例如，有些学校只有32学时。这种情形对教师的教和学生的学带来非常大的冲击，一方面，教师难以传授系统的无机化学知识；另一方面，化学、化工、材料和生物等专业的学生获取的无机化学知识既不全面，又没有深度，无法满足将来学习和工作的需要。因此，我们为化学、化工和材料等专业的学生编写了《现代无机化学》。本教材编写的目的是帮助学生在已有知识的基础上，对化学学科有一个系统的认识，对科学研究的过程和方法有一个初步了解。
考虑到教材的编写和课程建设的质量直接影响学生的学习积极性和学习效率，在汲取国内外同类课程优点的同时，《现代无机化学》的编写更突出以下特点：
1.适应学科发展，更新教材内容，把不断出现的新理论、新反应、新方法，以及反映化学前沿领域的新成果引入课程建设过程中。例如，电池材料的研究及高效电池的组装是当今研究的热点，该教材系统地介绍了电池的类型和性能、电池材料的研究现状以及电池的组装过程等内容。
2.传统的化学教材中，往往把专题内容单独设章节编写，不利于学生正确运用理论知识。新编教材中，化学原理中融入专题内容，使学生能真正掌握和理解化学，并把化学基础知识应用到专业领域中。把周围的实际事例引入新编教材中，有助于学生建立应用的概念，提高学生学习的积极性。例如，有机金属化合物一章中编入该物种在催化有机反应中的应用实例等，使理论知识与实践有机地结合在一起。
全书共9章，可分为三个部分。由配位化合物及应用有机金属化合物及应用和原子簇三章组成的第一部分系统地介绍了配位化学和有机金属化学方面的基础理论，并通过案例详细说明了如何将这些基础知识应用于实践，特别是催化机理的解释等。第二部分由无机合成技术与制备和无机物常用表征方法两章组成，系统地介绍了无机物的合成方法以及表征手段，展现了无机化学的特点。第三部分是前沿，提炼出对工业、材料科学和生物学有重大意义的若干课题，由现代化学电源及其关键无机材料氢气与氢能源利用金属有机骨架材料和生物无机化学四章组成。通过前沿的学习，学生能更好地将理论与实践相结合。
本教材由展树中任主编，邓远富和任颜卫任副主编。具体内容的选定由编写组商议确定，全书定稿由展树中完成。参加编写的人员有：展树中（第1、2章）、詹君正（第3章）、邓远富（第4、6、7章）、任颜卫（第5、8章）、王湘利（第9章）。
本书参考了兄弟院校教材和公开发表的有关内容，在此对有关的作者和出版社深表感谢。
书中难免有疏漏和不足之处，敬请广大读者批评指正。
编者于华南理工大学
2020年3月
绪论1
0.1 现代无机化学的发展历程与学科定位 1
0.2 本书核心内容的学科内涵与逻辑架构 2
0.2.1 核心基础知识模块：复杂无机化合物的结构与应用 2
0.2.2 方法支撑模块：无机物的合成、分离与表征技术 3
0.2.3 前沿应用模块：面向重大需求的功能无机材料 4
0.3 现代无机化学的发展趋势与学科价值 5
第1 章 配位化合物及应用6
1.1 配合物的基本概念 6
1.1.1 配合物的定义 6
1.1.2 配合物的构成 6
1.2 配合物的异构现象 8
1.2.1 配合物的几何异构现象 8
1.2.2 配合物的旋光异构现象 9
1.3 配合物中的化学键模型 10
1.3.1 价键模型 10
1.3.2 晶体场模型 15
1.4 配合物的应用 22
1.4.1 化学分析中的应用 22
1.4.2 冶金工业中的应用 23
1.4.3 元素分离中的应用 23
1.4.4 生物和医药方面的应用 24
1.4.5 固定和活化氮气分子 24
1.4.6 单分子磁体 26
1.4.7 配合物的催化性能与应用 28
第2 章 有机金属化合物及应用34
2.1 有机金属化合物的理论基础和成键规律 34
2.1.1 常见配体的电子数和齿合度 35
2.1.2 EAN 的计算 35
2.1.3 有机金属化合物的命名 36
2.1.4 EAN 规则的应用 36
2.1.5 18 电子规则的局限 37
2.2 有机金属化合物的分类及成键情况 37
2.2.1 有机金属化合物的分类 37
2.2.2 金属-烷基化合物、金属-芳基化合物及相关的 键有机金属化合物 38
2.2.3 缺电子型化合物及多中心键 39
2.2.4 烯烃-金属化合物及成键情况 39
2.2.5 金属-羰基化合物及其反馈 键 39
2.2.6 环戊二烯基化合物 41
2.3 金属-配体之间含有多重键的化合物 42
2.3.1 卡宾化合物及成键情况 42
2.3.2 卡拜化合物及成键情况 43
2.4 有机金属化学中的基本反应 44
2.4.1 配体的取代反应 44
2.4.2 氧化加成和还原消除反应 45
2.4.3 键复分解反应 46
2.4.4 1，1-迁移插入反应 46
2.4.5 1，2-迁移插入和-H 消除反应 46
2.5 有机金属化合物的应用 47
2.5.1 烯烃复分解反应 47
2.5.2 烯烃加氢反应 48
2.5.3 氢甲酰化反应 48
2.5.4 Wacker 法氧化烯烃 49
2.5.5 钯催化的CC 键形成反应 51
2.5.6 甲醇羧基化：乙酸的合成 51
2.5.7 CO 和CO2 的活化 52
第3 章 原子簇化合物及应用56
3.1 非金属原子簇 56
3.1.1 硼原子簇（硼烷） 56
3.1.2 硼烷衍生物 60
3.1.3 碳原子簇 61
3.2 金属原子簇 62
3.2.1 金属-羰基原子簇 63
3.2.2 金属-卤素原子簇 65
3.2.3 含有金属-金属键型的线型原子簇 67
3.2.4 金属纳米团簇 68
第4 章 生物无机化合物及应用71
4.1 生命元素和生物配体 71
4.1.1 生命元素 71
4.1.2 生物配体 72
4.2 金属药物 77
4.2.1 铂类抗癌药 78
4.2.2 治疗胃溃疡的含铋药物 79
4.2.3 治疗躁郁症的含锂药物 80
4.3 天然氧载体 81
4.3.1 血红蛋白和肌红蛋白 81
4.3.2 蚯蚓血红蛋白 83
4.3.3 血蓝蛋白 83
第5 章 无机合成技术与制备85
5.1 无机合成化学的先进性 85
5.2 无机合成的热点和前沿领域 86
5.2.1 特种结构无机材料的制备 86
5.2.2 软化学和绿色合成方法 86
5.2.3 极端条件下的合成 86
5.2.4 无机功能材料的制备 86
5.2.5 特殊凝聚态材料的制备 87
5.2.6 特种功能材料的分子设计 87
5.2.7 仿生合成 87
5.2.8 纳米粉体材料的制备 87
5.2.9 单原子催化剂的制备 87
5.2.10 无机合成相关理论的研究 88
5.3 经典无机合成方法 88
5.3.1 高温的获得及高温合成 88
5.3.2 低温的获得及低温合成 97
5.3.3 高压的获得及高压合成 102
5.3.4 低压的获得及低压合成 112
5.3.5 沉淀法 117
5.3.6 溶胶-凝胶法 119
5.3.7 化学气相沉积法 122
5.4 特殊合成方法 129
5.4.1 光化学合成 129
5.4.2 电化学合成 132
5.4.3 微波合成 135
第6 章 无机分离技术与纯化138
6.1 结晶法 138
6.1.1 结晶法的基本原理 138
6.1.2 结晶法的优点 138
6.1.3 结晶法的应用 139
6.2 沉淀分离法 139
6.2.1 沉淀分离法的基本原理 139
6.2.2 沉淀分离法的优点 140
6.2.3 溶度积规则在沉淀分离中的应用 140
6.3 蒸馏分离法 140
6.3.1 蒸馏分离法的基本原理 140
6.3.2 蒸馏分离法的分类 140
6.3.3 蒸馏分离法的优点与不足 141
6.3.4 蒸馏分离法在无机化合物分离中的应用 141
6.4 萃取分离法 142
6.4.1 萃取分离法的基本原理 142
6.4.2 无机物溶剂萃取体系 142
6.4.3 萃取分离法的优点和局限性 143
6.4.4 萃取分离法的应用 143
6.5 升华法 144
6.5.1 升华法的基本原理 144
6.5.2 升华的方法和装置 144
6.5.3 升华法的应用实例 145
6.6 离心分离法 145
6.6.1 离心分离法的基本原理 145
6.6.2 离心分离法的主要分类 145
6.6.3 离心分离法的优点和局限性 145
6.6.4 离心分离法的应用 146
6.7 离子交换法 146
6.7.1 离子交换法简介 146
6.7.2 基本原理 147
6.7.3 离子交换法的应用 149
6.8 膜分离法 150
6.8.1 膜分离法简介 150
6.8.2 膜分离法原理和分类 150
6.8.3 膜分离法的特点 151
6.8.4 膜分离法的应用 152
第7 章 无机物常用表征方法及应用154
7.1 X 射线衍射技术 154
7.1.1 基本原理 154
7.1.2 粉末X 射线衍射法 154
7.1.3 单晶X 射线衍射法 155
7.2 红外光谱技术 155
7.2.1 谱带增多 157
7.2.2 谱带位移 157
7.3 拉曼光谱技术 158
7.4 紫外-可见光谱技术 158
7.4.1 金属离子的d-d/f-f 跃迁 158
7.4.2 电荷转移跃迁 158
7.5 荧光光谱技术 159
7.5.1 荧光和磷光的发生 159
7.5.2 激发光谱与荧光光谱 160
7.5.3 荧光强度与分子结构的关系 161
7.5.4 影响荧光强度的外界因素 162
7.6 X 射线光电子能谱 162
7.6.1 X 射线光电子能谱的化学位移 162
7.6.2 XPS 在配位化学中的应用 163
7.7 电子顺磁共振 163
7.8 电化学技术 165
7.9 电喷雾质谱技术 166
7.10 电子显微镜技术 166
7.11 实例解析 167
7.11.1 单核铁配合物[Fe(bpte)Cl2 ]的设计、合成与表征分析 167
7.11.2 卟啉锌配合物的合成与表征分析 169
7.11.3 普鲁士蓝/二氧化钛纳米复合材料的合成与表征分析 172
第8 章 现代化学电源关键材料及应用175
8.1 现代化学电源概述 175
8.1.1 化学电源的产生和发展 175
8.1.2 化学电源的组成及作用 175
8.1.3 化学电源的性能参数 177
8.2 无机材料在几种典型化学电源中的应用 185
8.2.1 无机材料在一次电池中的应用 185
8.2.2 无机材料在二次电池中的应用 189
第9 章 氢气与氢能的利用225
9.1 氢气的制备 225
9.1.1 化石燃料制氢 225
9.1.2 电解水制氢 227
9.1.3 生物质制氢技术 230
9.1.4 太阳能光催化制氢 233
9.2 氢气的储存、运输和安全 238
9.2.1 高压气态储氢 238
9.2.2 低温液态储氢 239
9.2.3 玻璃微球储氢 239
9.2.4 金属氢化物储氢 239
9.2.5 其他方式储氢 242
9.2.6 氢气的运输 243
9.2.7 加氢站 244
9.2.8 氢能的安全性 244
9.3 氢能的利用 245
9.3.1 镍氢电池 245
9.3.2 燃料电池 248
第10 章 金属有机骨架材料及应用255
10.1 概述 255
10.2 MOF 的结构设计 256
10.2.1 金属离子特性 256
10.2.2 有机配体特性 256
10.2.3 拓扑与几何设计 258
10.3 MOF 的合成方法 262
10.3.1 普通溶液法 262
10.3.2 水（溶剂）热法 262
10.3.3 扩散法 263
10.3.4 后合成修饰 264
10.4 MOF 的组成和结构表征 265
10.5 MOF 的应用 265
10.5.1 气体吸附与分离 266
10.5.2 多相催化 270
第11 章 生物医学纳米材料及应用277
11.1 纳米材料概述 277
11.1.1 量子尺寸效应 277
11.1.2 表面效应 278
11.1.3 小尺寸效应 278
11.1.4 宏观量子隧道效应 279
11.2 生物医学纳米材料简介 280
11.2.1 纳米材料的毒性 280
11.2.2 纳米材料的生物相容性 281
11.3 常用的生物医学纳米材料 283
11.3.1 细胞分离用纳米材料 283
11.3.2 细胞内部染色用纳米材料 287
11.3.3 抗菌及创伤敷料用纳米材料 290
11.3.4 生物组织工程中的纳米材料 292
11.3.5 生物活性材料 294
参考文献298
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