譯者前言
Ludovico Cademartiri博士與Geoffrey A. Ozin教授共同撰寫了Concepts of Nanochemistry一書。前者于2008年4月通過(guò)了博士論文答辯，轉(zhuǎn)年就出版了該書，當(dāng)時(shí)僅31歲，是納米材料與納米化學(xué)研究領(lǐng)域的新秀。后者是前者的博士研究生導(dǎo)師，是加拿大政府在納米化學(xué)及材料化學(xué)研究領(lǐng)域的首席科學(xué)家（20002014年），其Hirsch指數(shù)在2009年達(dá)到了68，位居全世界精英研究人員之列。
原著選用的SiO2、金、PDMS、CdSe、氧化鐵及碳六種物質(zhì)/材料，大多數(shù)（PDMS與CdSe除外）讀者比較熟悉，可以更容易地理解從普通材料的常規(guī)功能到納米材料的新功能的轉(zhuǎn)化，由此更深刻地認(rèn)識(shí)納米化學(xué)的神奇力量，有利于盡快地了解和掌握納米化學(xué)的要點(diǎn)和精髓，從而可以更容易地從宏觀世界過(guò)渡到納米世界的研究領(lǐng)域。在上述六種物質(zhì)/材料對(duì)應(yīng)的各章末尾，均列出一些思考題，可以引發(fā)讀者更廣泛、更深入的思考，并激發(fā)讀者的好奇心。
通過(guò)了解納米化學(xué)將普通材料轉(zhuǎn)化為某種驚人的納米材料的方法，應(yīng)該會(huì)使讀者認(rèn)識(shí)到，還有許許多多新的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的可能性，并由此開拓嶄新的或者更廣泛、更深入的研究領(lǐng)域與應(yīng)用前景。
納米化學(xué)是隨著納米技術(shù)與納米材料的發(fā)展而逐漸形成的，且目前依然處在不斷發(fā)展的階段。該書不僅在當(dāng)年，即便是現(xiàn)在，也是一本比較全面、精練的專業(yè)教材。本書對(duì)于尚不能直接閱讀英文版原著的各類人員，包括研究生、本科生、其他科研人員等，盡快地了解和深入學(xué)習(xí)納米化學(xué)是非常有益的。希望他們通過(guò)閱讀本書，能夠受到啟發(fā)，創(chuàng)造出新的合成/制備新型納米材料/納米結(jié)構(gòu)的化學(xué)方法，為納米化學(xué)的發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。
原著作者將納米化學(xué)定義為：納米化學(xué)是化學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科，主要涉及構(gòu)造模塊的合成與自組裝以及與其表面、尺寸、形狀和缺陷相關(guān)的性質(zhì)，還有其在化學(xué)與物理學(xué)、材料科學(xué)與工程學(xué)以及生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用的可行性。
根據(jù)譯者在納米材料領(lǐng)域?qū)⒔?0年的研究工作，譯者認(rèn)為納米化學(xué)不僅僅涉及原著作者所定義的領(lǐng)域或?qū)W科，還涉及所有在納米尺度存在或出現(xiàn)化學(xué)問(wèn)題的研究領(lǐng)域或?qū)W科，且隨著納米科學(xué)的不斷發(fā)展，納米化學(xué)所涉及的領(lǐng)域或?qū)W科也必然會(huì)不斷擴(kuò)展，其所包含的內(nèi)容也將會(huì)更加廣泛、深入，因?yàn)榧{米化學(xué)也是納米科學(xué)的一個(gè)重要的分支學(xué)科。
感謝天津大學(xué)2011級(jí)碩士研究生張蓉、李燕、闞迪、曹杰、肖文理（漢語(yǔ)骨干教師培訓(xùn)班）、張麗爽、李義偉、張競(jìng)賽、王佳、禚司飛、李玲、陳麗潔（漢語(yǔ)骨干教師培訓(xùn)班）、張園、楊鑫參與了原著的初譯工作，其中肖文理、張麗爽、李義偉、禚司飛、李玲參與了各自初譯稿的修改稿的錄入工作。
感謝天津大學(xué)研究生創(chuàng)新人才項(xiàng)目的部分資助。
雖然譯者已經(jīng)盡了很大的努力，但限于經(jīng)驗(yàn)與水平，書中難免存在一些翻譯不妥與疏漏之處，敬請(qǐng)專家和讀者批評(píng)指正。

崔屾 　　 　　　
2021年1月于天津大學(xué)新校區(qū)

前言
為何應(yīng)當(dāng)關(guān)注納米化學(xué)？
在人類歷史上曾經(jīng)有過(guò)許多次，因?yàn)橐粋�(gè)科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)而促成了社會(huì)的重大轉(zhuǎn)變，如鐵器、發(fā)動(dòng)機(jī)、晶體管、網(wǎng)絡(luò)以及光纖等，都是非常著名的實(shí)例。之所以如此，是因?yàn)檫@些新的發(fā)現(xiàn)對(duì)當(dāng)時(shí)許多主要的假設(shè)提出了疑問(wèn)，然后通過(guò)推翻這些假設(shè)，改變了人類文明。
納米技術(shù)被認(rèn)為是下一次重大轉(zhuǎn)變，即下一次工業(yè)革命的核心�？茖W(xué)家認(rèn)為，掌握納米技術(shù)的各種可能性是未來(lái)國(guó)家之間競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。但是，納米技術(shù)能帶來(lái)什么呢？它將如何改善我們的生活、創(chuàng)造新的商機(jī)、解決地球所面臨的重大問(wèn)題呢？
許多科學(xué)家認(rèn)為，納米技術(shù)將給予發(fā)展中國(guó)家更廉價(jià)的解決問(wèn)題的方案，使得發(fā)展中國(guó)家的人民身體更健康、壽命更長(zhǎng)；還有一些科學(xué)家認(rèn)為，納米技術(shù)將帶來(lái)更好的太陽(yáng)能電池、體積更小運(yùn)算更快的計(jì)算機(jī)、環(huán)境保護(hù)措施以及治愈癌癥的方法；還有一些科學(xué)家認(rèn)為，納米技術(shù)將有助于解決全球變暖的問(wèn)題。
重要的是，除了要了解圍繞納米技術(shù)的大量宣傳和其許多發(fā)現(xiàn)所帶來(lái)的樂(lè)趣外，還應(yīng)當(dāng)知道正是由于納米技術(shù)的獨(dú)特性，才使其成為重大轉(zhuǎn)變的主因。其不僅僅是發(fā)現(xiàn)一個(gè)難題更好的解決方案或更明智的解決方法，而且還提供了解決問(wèn)題的新的思維方式。
很多宣傳引起了人們對(duì)納米材料毒性的關(guān)注。有關(guān)石棉（一種納米材料）的事件人們依然記憶猶新，因?yàn)橹两裆鐣?huì)仍在為其付出代價(jià)。人們不斷增加的關(guān)注正在引起許多國(guó)家政府的重視，不斷增強(qiáng)納米材料毒性研究的資助力度。特別在醫(yī)學(xué)診斷和治療領(lǐng)域內(nèi)的資助力度較大。
世界各國(guó)政府也看到了納米技術(shù)在創(chuàng)造新企業(yè)方面的顛覆性潛力。在歷史上的每次變革中，已有的行業(yè)往往不能適應(yīng)新的游戲規(guī)則，它們被更小、更年輕、適應(yīng)能力更強(qiáng)且更靈活的企業(yè)所取代。因此，沒(méi)有人愿意錯(cuò)過(guò)這個(gè)難得的發(fā)展機(jī)遇。
政府也正在推動(dòng)將納米技術(shù)盡快地引入大學(xué)課程中。納米工程、納米技術(shù)和納米科學(xué)的各種學(xué)位正在世界各地出現(xiàn)，而且這種轉(zhuǎn)變的步伐正在影響著教師們，但是在大多數(shù)情況下，這些教師并沒(méi)有接受過(guò)納米科學(xué)方面的專業(yè)訓(xùn)練。這些變化必然要產(chǎn)生為不同水平的課程以及不同背景的學(xué)生提供教學(xué)資源的需求。傳統(tǒng)學(xué)科的范圍是有限的，由此產(chǎn)生了融合化學(xué)、物理、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)與工程等學(xué)科內(nèi)容的交叉學(xué)科。
在大學(xué)課程的初期階段講授納米科學(xué)是有多方面原因的。一方面，讓新一代研究生或本科生熟悉納米科學(xué)的概念是非常重要的；另一方面，從一個(gè)更適宜教學(xué)的角度來(lái)講，將納米科學(xué)的教學(xué)安排在研究生新生或本科生階段，將會(huì)對(duì)接受者的思維方式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。一個(gè)普遍的事實(shí)是，新生階段的學(xué)習(xí)會(huì)確定一位科學(xué)家的思維模式。在學(xué)士學(xué)位的初兩年中作為化學(xué)家進(jìn)行培養(yǎng)的學(xué)生，其未來(lái)往往會(huì)成為終身的化學(xué)家。這就解釋了為何許多化學(xué)專業(yè)的博士研究生難于進(jìn)入納米化學(xué)領(lǐng)域，同時(shí)也解釋了為什么一個(gè)化學(xué)家進(jìn)入一個(gè)完全不同的化學(xué)領(lǐng)域要比進(jìn)入一個(gè)緊密相關(guān)的物理的二級(jí)學(xué)科更容易。
在研究生新生或本科生階段講授納米科學(xué)課程，將給予學(xué)生以非常有效且跨學(xué)科的方法學(xué)習(xí)該課程所必需的工具。
盡管確定正確的思維模式是政策制定者和教育家的一個(gè)明確的重要目標(biāo)，但是納米科學(xué)可以幫助我們應(yīng)對(duì)一個(gè)更大的挑戰(zhàn)。在一個(gè)急于邁向以知識(shí)為驅(qū)動(dòng)力的創(chuàng)造商機(jī)和財(cái)富的社會(huì)，人們的需求與生活習(xí)慣可能都要發(fā)生巨大的變化，研究生或本科生科學(xué)研究能力的欠缺可能是災(zāi)難性的。在北美洲，這已經(jīng)成為優(yōu)先考慮的重點(diǎn)工作之一，因?yàn)楦呒夹g(shù)公司不得不從國(guó)外聘請(qǐng)人才來(lái)填補(bǔ)其各級(jí)職位的空缺。
在研究生新生甚至本科生課程的初期階段引入納米科學(xué)課程可能會(huì)有助于增加研究生新生和本科生對(duì)科學(xué)的興趣。許久以來(lái)解釋科學(xué)領(lǐng)域的低入學(xué)率的理由是硬科學(xué)很難，這就意味著大多數(shù)學(xué)生都是懶蟲。一個(gè)可能比較正確的解釋則是學(xué)生們?cè)谶@種硬科學(xué)中看不到出路。比起一個(gè)能生產(chǎn)出更好的電池陰極材料的工作來(lái)說(shuō)，學(xué)生們更想要一份能夠謀生的工作。現(xiàn)在已經(jīng)給出了立足于社會(huì)的重要性，并且學(xué)生們也知道他們將總會(huì)被同齡人問(wèn)到他們?cè)趯W(xué)什么或在研究什么，他們想能夠大聲地回答這些問(wèn)題，而不是低聲地回答。同樣地，學(xué)生們大多會(huì)喜歡一份工資高，而且能夠?yàn)樗麄冏约杭捌浼彝ヌ峁┦孢m生活的工作，而不是一份聲名狼藉的低薪工作。
這些明顯是一些普遍情況。實(shí)際上一些同事已經(jīng)用他們的許多發(fā)明挽救了數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的生命，其中有些人還是百萬(wàn)富翁。但是隱藏在特例背后的問(wèn)題卻從未得到解決。
通過(guò)閱讀本書，讀者可以了解和學(xué)習(xí)納米科學(xué)，從而有可能決定去解決地球所面臨的一些非常重要的問(wèn)題：從全球變暖到環(huán)境治理，從CO2捕獲和循環(huán)利用到烴類化合物再到氫能源汽車，從發(fā)展中國(guó)家的平均壽命到治愈癌癥，從任何傷口的再生到發(fā)現(xiàn)生命的起源。讀者可以決定想要挑戰(zhàn)什么問(wèn)題；可以決定如何度過(guò)時(shí)光；可以決定期望應(yīng)當(dāng)在哪里，即可以決定自己的舞臺(tái)。
實(shí)際上，對(duì)于許多其他的不同學(xué)科，如傳統(tǒng)的化學(xué)和物理學(xué)，類似的事物也是成立的。不同的是，納米科學(xué)是一個(gè)全新的事物，開啟了一系列全新的可能性，但目前只有少數(shù)人可以參與其中。讀者可能成為這些少數(shù)人中的一員，參與這個(gè)可能隨處都可以領(lǐng)先的競(jìng)賽。
有了這些動(dòng)機(jī)，我們便著手探索寫一本適合研究生新生和本科生的學(xué)術(shù)性的教材。初以傳統(tǒng)的方法來(lái)接近這個(gè)題目，從我們認(rèn)為的基礎(chǔ)開始。從原子、晶格結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)-性能的關(guān)系等開始，但很快就停止了寫作，因?yàn)槿绱藢懽鞣浅Ｏ窆腆w化學(xué)的縮寫本。
很明顯，在那時(shí)我們犯了一些錯(cuò)誤。許多來(lái)自納米化學(xué)的論題，如嵌段共聚物，在這本書中是很難介紹的，因?yàn)樗鼈儾粌H僅是固體化學(xué)的一部分。此外，本書定位為可以適合于任何背景的讀者，不是專門為化學(xué)家而寫的。因?yàn)閹缀鯖](méi)有生物學(xué)家清楚檢測(cè)Bravais晶格的要點(diǎn)，盡管他想知道使用脂質(zhì)體和膠體量子點(diǎn)檢測(cè)癌細(xì)胞時(shí)他能做什么。同樣的道理，幾乎沒(méi)有化學(xué)家知道細(xì)胞分裂的詳細(xì)機(jī)制的要點(diǎn)，盡管他們對(duì)如何使用金納米棒實(shí)現(xiàn)單分子檢測(cè)感興趣。進(jìn)一步嘗試修改初稿，終不可避免地超出了大綱，包括了更多的實(shí)例和解釋。
當(dāng)時(shí)做了一些自我反省。我們?nèi)匀幌嘈�，可以以一種精練簡(jiǎn)潔且又完整的方式來(lái)講授納米化學(xué)的實(shí)例和原理。
在我們的實(shí)驗(yàn)室，日復(fù)一日地，看到納米化學(xué)是如何形成之后，才有了正確的認(rèn)識(shí)。我們明白了，在實(shí)驗(yàn)室集思廣益的討論會(huì)以及午餐會(huì)期間常常討論的概念層次上的內(nèi)容，本質(zhì)上并不是化學(xué)、物理學(xué)或工程技術(shù)的問(wèn)題，恰恰是納米化學(xué)的內(nèi)容。在化學(xué)方面沒(méi)有什么知識(shí)背景的學(xué)生們，可以對(duì)討論很快地做出具有重大意義的貢獻(xiàn)，而在集體推理的基礎(chǔ)上還會(huì)產(chǎn)生一些其他的概念。
這些概念就是我們認(rèn)為的納米化學(xué)的核心，是設(shè)計(jì)納米化學(xué)解決方案中的具有持久性的指導(dǎo)原則，也是激發(fā)新想法產(chǎn)生的無(wú)限源泉。這些概念是本書的核心，也是需要掌握的納米化學(xué)重要的方面。
本書專為初學(xué)者設(shè)計(jì)，更重視基礎(chǔ)概念的描述，有利于初學(xué)者更輕松地掌握專業(yè)核心思想，理解基礎(chǔ)概念，能夠幫助初學(xué)者流暢地閱讀專業(yè)論文，并幫助他們理解相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域在納米化學(xué)范疇所處的位置。本書中解釋的概念將展示不同主題之間的內(nèi)在聯(lián)系。雖然不能像學(xué)術(shù)專著那樣緊跟領(lǐng)域的發(fā)展前沿，但本書卻可以提供廣泛和堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為納米化學(xué)研究工作奠定基礎(chǔ)。
本書也適合作為教材，課程可以設(shè)定為8～16課時(shí)（每章1課時(shí)或2課時(shí)），或者選擇部分章節(jié)設(shè)定一門課時(shí)更少的課程。無(wú)論使用哪種方法，概念介紹都是部分，因?yàn)楦拍畹於�了本書的主題，并闡明了其在納米化學(xué)領(lǐng)域的意義。
總之，我們希望讀者能夠喜歡這本試驗(yàn)性的書籍。我們確信，掌握本書中的內(nèi)容能夠幫助您領(lǐng)先那些只關(guān)注和跟蹤納米化學(xué)領(lǐng)域未解決問(wèn)題的學(xué)生。