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