书籍详情
中国学科发展战略·理论与计算化学
作者：国家自然科学基金委员会，中国科学院 著
出版社：科学出版社
出版时间：2016-07-01
ISBN：9787030489197
定价：¥168.00
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内容简介
本书回顾了理论与计算化学发展的历程，揭示了学科交叉的重要性以及化学理论的发展对整个化学进步的巨大推动作用；分析了国内外现状和发展趋势，展望了前景和面临的难题。提出了发展思路和战略性措施，建议促进学科发展的资助机制与政策。对学科涵盖的电子结构理论与计算方法、化学中的统计力学、微观反应机理和反应动态学、材料科学中的问题、生命科学与药物化学中的问题五个专题中的关键科学问题和重要前沿研究方向进行了深入探索和讨论。 本书可供高层次管理专家做战略决策时参考，也可供研究生和有关科研人员阅读，有助于深化对学科发展趋势、发展前景的认识以及了解关键科学问题和前沿领域的重点方向。
作者简介
本书由国家自然科学基金委员会与中国科学院联合发布。项目主持人为北京大学黎乐民院士。黎乐民院士现任北京大学化学与分子工程学院教授、博士生导师、院学术委员会主任、理学部和校学术委员会委员；兼任《稀土材料化学及应用》国家重点实验室学术委员会主任、《理论与计算化学》国家重点实验室学术委员会主任、《中国科学》（B辑：化学）执行副主编、《高等学校化学学报》副主编、《中国化学快报》副主编等学术职务。
目录
总序
前言
摘要
Abstract
总论 理论与计算化学发展战略纵览
第一节 理论与计算化学在基础科学中的地位
第二节 学科内涵、发展历程与规律
第三节 学科发展现状与发展态势
第四节 发展战略思路
第五节 发展方向：关键科学问题和学科重要研究前沿
第六节 资助机制与政策建议
第七节 小结
第一篇 电子结构理论与计算方法
第一章 电子结构理论与计算方法概述
第二章 波函数电子相关方法的进展及展望
第一节 引言
第二节 多组态自洽场方法和组态相互作用方法
第三节 耦合簇方法
第四节 显式相关方法
第五节 未来的发展方向
第三章 量子化学中的密度矩阵重整化群方法
第一节 引言
第二节 DMRG传统的形式和语言
第三节 矩阵乘积态
第四节 算法中的微扰修正和noise的加入
第五节 对称性的问题
第六节 激发态的问题
第七节 DMRG在量子化学中的新发展
第八节 总结和展望
第四章 价键理论方法
第一节 引言
第二节 从头算价键理论方法进展
第三节 价键理论方法关键问题
第五章 微扰理论的发展现状及展望
第一节 引言
第二节 单参考态微扰理论
第三节 多参考态微扰理论
第四节 显含r12的微扰理论
第五节 Monte Carlo方法在微扰理论中的应用
第六节 总结
第七节展望
第六章 密度泛函理论基础进展及其与多体理论的关系
第一节 引言
第二节 发展现状综述和评价
第七章 近似密度泛函的发展
第一节 主要科学问题
第二节 现有近似泛函的大致分类
第三节 近似泛函的系统评测
第四节 近似泛函的重要误差来源
第五节 亟待解决的重大问题
第六节 可能解决问题的途径
第七节 20篇标志性论文
第八章TDDFT的发展与在激发态计算和开放体系中的应用
第一节 引言
第二节 历史与现状
第三节 展望与建议
第九章 多体格林函数方法
第一节 引言
第二节 理论框架
第三节 发展历程
第四节 发展趋势
第十章 强关联材料的第一性原理电子结构理论
第一节 引言
第二节 基于对LDA/GGA修正的第一性原理方法
第三节 基于格林函数的第一性原理多体理论方法
第四节 结合模型哈密顿量的第一性原理方法
第五节 总结与展望
第十一章 相对论分子量子力学中的若干基本问题与解决方案
第一节 引言
第二节 相对论哈密顿
第三节 相对论电子相关
第四节 相对论电子性质
第五节 结论与展望
第十二章 量子蒙特卡罗方法
第一节 引言
第二节 变分蒙特卡罗方法
第三节 实几何空间格林函数蒙特卡罗方法
第四节 反对称组态空间蒙特卡罗方法
第五节 蒙特卡罗方法中的激发态计算问题
第六节 含时量子蒙特卡罗方法
第七节 减少QMC计算误差的算法
第八节 总结与展望
第十三章 约化密度矩阵理论
第一节 引言
第二节 二阶约化密度矩阵理论
第三节 一阶密度矩阵泛函理论
第四节 总结
第十四章 超大体系的处理方法
第一节 引言
第二节 大体系的量子化学计算方法
第三节 超大体系的处理方法简述
第四节 结论和展望
第二篇 化学中的统计力学
第一章 化学中的统计力学概述
第一节 历史简介
第二节 近20年重要进展及展望
第二章 统计力学基础与涨落定理
第一节 引言
第二节 量子统计力学
第三节 涨落定理的相关研究进展
第四节 展望
第三章 凝聚相量子动力学
第一节 引言
第二节 理论方法的主要进展
第三节 总结与展望
第四章 复杂分子体系电子激发态动力学理论方法
第一节 引言
第二节 理论方法的主要进展
第三节 总结与展望
第五章 数值路径积分方法展望
第一节 引言
第二节 虚时间路径积分：路径积分分子动力学/蒙特卡罗平衡统计方法
第三节 基于路径积分的实时间动力学方法
第四节 总结和展望
第六章 增强抽样
第一节 引言
第二节 分子模拟研究存在的主要科学问题及增强抽样方法的发展
第三节 展望
第四节 小结
第七章 粗粒化理论思想
第一节 引言
第二节 粗粒化方法发展历史、现状及挑战
第三节 展望
第八章 高分子统计理论与数值模拟
第一节 引言
第二节 高分子统计理论与数值模拟的现状与挑战
第三节 展望
第九章 生物分子统计模拟方法
第一节 引言
第二节 生物分子统计模拟方法的发展介绍
第三节 展望
第三篇 微观反应机理和反应动态学
第一章 微观反应机理和反应动态学概述
第二章 气相小分子体系量子动力学
——气相小分子体系量子动力学研究的突破性进展、面临的问题和展望
第一节 引言
第二节 发展历史和现状
第三节 展望
第三章 光化学反应机理和动力学
第一节 引言
第二节 历史和现状
第三节 展望：未来重要发展方向和重点研究的科学问题
第四章 热化学反应机理：气相和溶液中典型化学反应机理
——突破性进展、目前和未来要解决的重大问题和一些思路
第一节 引言
第二节 研究现状和面临挑战及相关重要进展
第三节 展望
第五章 多相催化理论研究进展
第一节 引言
第二节 发展历史和现状
第三节 展望
第六章 光催化反应及相关理论与计算研究
第一节 引言
第二节 拓展光催化材料的光谱响应范围
第三节 提高光生载流子分离效率
第四节 光催化理论研究中的计算问题
第五节 总结与展望
第七章 煤转化过程的理论与计算
——回顾与前瞻
第一节 引言
第二节 回顾过去、研究现状和存在的问题
第三节 未来展望
第八章 燃烧反应机理研究进展
第一节 引言
第二节 燃烧机理研究现状和存在的主要问题
第三节 展望
第九章 分子间弱相互作用与自组装理论
第一节 引言
第二节 分子间弱相互作用与自组装理论的发展及存在的问题
第三节展望
第四篇 材料科学中的问题
第一章 材料科学中的问题概述
——材料模拟对理论与计算化学的挑战
第一节 结构预测对理论与计算化学的挑战
第二节 面向材料功能预测的微观理论
第三节 材料的生长微观机理与动态演化
第二章 结构搜索方法
第一节 科学问题
第二节 稳态结构预测
第三节 过渡态结构预测
第四节 未解决的问题与展望
第三章 复合材料表界面与微孔材料的计算模拟
第一节 引言
第二节 关键科学问题、解决思路、面临的主要困难和挑战
第三节 展望
第四章 非晶态材料理论计算领域的机遇与挑战
第一节 引言
第二节 非晶态材料计算发展概述
第三节 非晶态材料计算方法面临的困难和挑战
第四节 非晶态材料理论研究的解决方案
第五节 总结与展望
第五章 极端条件下的材料结构
第一节 概述——主要科学问题
第二节 发展历史和现状，解决问题的思路和面临的主要困难和挑战
第三节 展望未来重要发展方向和重点研究的科学问题
第六章 生长机理的理论研究：现状与展望
第一节 引言
第二节 晶体生长理论简介
第三节 生长机理研究中的关键科学问题
第四节 总结与展望
第七章 光学材料的理论计算
第一节 有机发光材料的理论与计算
第二节 非线性光学材料的计算
第三节 总结与展望
第八章 电子传输材料的理论模拟
第一节 引言
第二节 无机半导体电荷传输
第三节 有机半导体电荷传输
第四节 低维碳材料
第五节 分子电子学
第六节 展望
第九章 磁性材料与自旋调控
第一节 科学问题
第二节 理论与方法发展
第三节 磁性材料设计与自旋调控
第四节 前景与展望
第十章 新型光伏材料与热电材料的理论模拟
第一节 新型光伏材料
第二节 热电材料
第五篇 生命科学与药物化学中的问题
第一章 生命科学与药物化学中的问题概述
第二章 生物大分子的量子化学计算与分子力场
第一节 引言
第二节 生物大分子的量子分块计算方法
第三节 生物分子力场与极化效应
第四节 量子力学和分子力学（QM/MM）组合计算方法
第五节 展望
第三章 生物分子动力学模拟方法
第一节 引言
第二节 分子模拟方法
第三节 蛋白质配体相互作用自由能计算
第四节 粗粒化多尺度模型
第五节 展望
第四章 生物分子中的电荷与能量转移
第一节 引言
第二节 电子转移过程
第三节 质子转移过程
第四节 质子耦合电子转移过程
第五节 生物分子中的电荷和能量转移发展前景展望
第五章 蛋白质结构与功能
第一节 引言
第二节 蛋白质结构预测
第三节 金属蛋白质
第四节 膜蛋白质
第五节 蛋白质/蛋白质相互作用
第六节 前景与展望
第六章 蛋白质设计
第一节 引言
第二节 蛋白质设计
第三节 蛋白质结构、功能与设计发展前景展望
第七章 核酸与生物膜
第一节 引言
第二节 核酸和蛋白质核酸相互作用
第三节 生物膜
第四节 战略展望
第八章生物大分子信号传导和网络
第一节 引言
第二节 生物分子自组装
第三节 拥挤现象
第四节 生物分子相互作用及信号传导
第五节 生物分子网络
第六节 网络药理学
第七节 展望第九章药物设计与开发
第一节 引言
第二节 分子对接
第三节 打分函数
第四节 药效团、结构活性关系
第五节 药物治疗的微观作用机理
第六节 药物设计中的化学信息学
第七节 药代动力学性质和毒性预测
第八节 药物设计新思路
附录 关于建立“计算化学软件平台专项”的建议
关键词索引
前言
摘要
Abstract
总论 理论与计算化学发展战略纵览
第一节 理论与计算化学在基础科学中的地位
第二节 学科内涵、发展历程与规律
第三节 学科发展现状与发展态势
第四节 发展战略思路
第五节 发展方向：关键科学问题和学科重要研究前沿
第六节 资助机制与政策建议
第七节 小结
第一篇 电子结构理论与计算方法
第一章 电子结构理论与计算方法概述
第二章 波函数电子相关方法的进展及展望
第一节 引言
第二节 多组态自洽场方法和组态相互作用方法
第三节 耦合簇方法
第四节 显式相关方法
第五节 未来的发展方向
第三章 量子化学中的密度矩阵重整化群方法
第一节 引言
第二节 DMRG传统的形式和语言
第三节 矩阵乘积态
第四节 算法中的微扰修正和noise的加入
第五节 对称性的问题
第六节 激发态的问题
第七节 DMRG在量子化学中的新发展
第八节 总结和展望
第四章 价键理论方法
第一节 引言
第二节 从头算价键理论方法进展
第三节 价键理论方法关键问题
第五章 微扰理论的发展现状及展望
第一节 引言
第二节 单参考态微扰理论
第三节 多参考态微扰理论
第四节 显含r12的微扰理论
第五节 Monte Carlo方法在微扰理论中的应用
第六节 总结
第七节展望
第六章 密度泛函理论基础进展及其与多体理论的关系
第一节 引言
第二节 发展现状综述和评价
第七章 近似密度泛函的发展
第一节 主要科学问题
第二节 现有近似泛函的大致分类
第三节 近似泛函的系统评测
第四节 近似泛函的重要误差来源
第五节 亟待解决的重大问题
第六节 可能解决问题的途径
第七节 20篇标志性论文
第八章TDDFT的发展与在激发态计算和开放体系中的应用
第一节 引言
第二节 历史与现状
第三节 展望与建议
第九章 多体格林函数方法
第一节 引言
第二节 理论框架
第三节 发展历程
第四节 发展趋势
第十章 强关联材料的第一性原理电子结构理论
第一节 引言
第二节 基于对LDA/GGA修正的第一性原理方法
第三节 基于格林函数的第一性原理多体理论方法
第四节 结合模型哈密顿量的第一性原理方法
第五节 总结与展望
第十一章 相对论分子量子力学中的若干基本问题与解决方案
第一节 引言
第二节 相对论哈密顿
第三节 相对论电子相关
第四节 相对论电子性质
第五节 结论与展望
第十二章 量子蒙特卡罗方法
第一节 引言
第二节 变分蒙特卡罗方法
第三节 实几何空间格林函数蒙特卡罗方法
第四节 反对称组态空间蒙特卡罗方法
第五节 蒙特卡罗方法中的激发态计算问题
第六节 含时量子蒙特卡罗方法
第七节 减少QMC计算误差的算法
第八节 总结与展望
第十三章 约化密度矩阵理论
第一节 引言
第二节 二阶约化密度矩阵理论
第三节 一阶密度矩阵泛函理论
第四节 总结
第十四章 超大体系的处理方法
第一节 引言
第二节 大体系的量子化学计算方法
第三节 超大体系的处理方法简述
第四节 结论和展望
第二篇 化学中的统计力学
第一章 化学中的统计力学概述
第一节 历史简介
第二节 近20年重要进展及展望
第二章 统计力学基础与涨落定理
第一节 引言
第二节 量子统计力学
第三节 涨落定理的相关研究进展
第四节 展望
第三章 凝聚相量子动力学
第一节 引言
第二节 理论方法的主要进展
第三节 总结与展望
第四章 复杂分子体系电子激发态动力学理论方法
第一节 引言
第二节 理论方法的主要进展
第三节 总结与展望
第五章 数值路径积分方法展望
第一节 引言
第二节 虚时间路径积分：路径积分分子动力学/蒙特卡罗平衡统计方法
第三节 基于路径积分的实时间动力学方法
第四节 总结和展望
第六章 增强抽样
第一节 引言
第二节 分子模拟研究存在的主要科学问题及增强抽样方法的发展
第三节 展望
第四节 小结
第七章 粗粒化理论思想
第一节 引言
第二节 粗粒化方法发展历史、现状及挑战
第三节 展望
第八章 高分子统计理论与数值模拟
第一节 引言
第二节 高分子统计理论与数值模拟的现状与挑战
第三节 展望
第九章 生物分子统计模拟方法
第一节 引言
第二节 生物分子统计模拟方法的发展介绍
第三节 展望
第三篇 微观反应机理和反应动态学
第一章 微观反应机理和反应动态学概述
第二章 气相小分子体系量子动力学
——气相小分子体系量子动力学研究的突破性进展、面临的问题和展望
第一节 引言
第二节 发展历史和现状
第三节 展望
第三章 光化学反应机理和动力学
第一节 引言
第二节 历史和现状
第三节 展望：未来重要发展方向和重点研究的科学问题
第四章 热化学反应机理：气相和溶液中典型化学反应机理
——突破性进展、目前和未来要解决的重大问题和一些思路
第一节 引言
第二节 研究现状和面临挑战及相关重要进展
第三节 展望
第五章 多相催化理论研究进展
第一节 引言
第二节 发展历史和现状
第三节 展望
第六章 光催化反应及相关理论与计算研究
第一节 引言
第二节 拓展光催化材料的光谱响应范围
第三节 提高光生载流子分离效率
第四节 光催化理论研究中的计算问题
第五节 总结与展望
第七章 煤转化过程的理论与计算
——回顾与前瞻
第一节 引言
第二节 回顾过去、研究现状和存在的问题
第三节 未来展望
第八章 燃烧反应机理研究进展
第一节 引言
第二节 燃烧机理研究现状和存在的主要问题
第三节 展望
第九章 分子间弱相互作用与自组装理论
第一节 引言
第二节 分子间弱相互作用与自组装理论的发展及存在的问题
第三节展望
第四篇 材料科学中的问题
第一章 材料科学中的问题概述
——材料模拟对理论与计算化学的挑战
第一节 结构预测对理论与计算化学的挑战
第二节 面向材料功能预测的微观理论
第三节 材料的生长微观机理与动态演化
第二章 结构搜索方法
第一节 科学问题
第二节 稳态结构预测
第三节 过渡态结构预测
第四节 未解决的问题与展望
第三章 复合材料表界面与微孔材料的计算模拟
第一节 引言
第二节 关键科学问题、解决思路、面临的主要困难和挑战
第三节 展望
第四章 非晶态材料理论计算领域的机遇与挑战
第一节 引言
第二节 非晶态材料计算发展概述
第三节 非晶态材料计算方法面临的困难和挑战
第四节 非晶态材料理论研究的解决方案
第五节 总结与展望
第五章 极端条件下的材料结构
第一节 概述——主要科学问题
第二节 发展历史和现状，解决问题的思路和面临的主要困难和挑战
第三节 展望未来重要发展方向和重点研究的科学问题
第六章 生长机理的理论研究：现状与展望
第一节 引言
第二节 晶体生长理论简介
第三节 生长机理研究中的关键科学问题
第四节 总结与展望
第七章 光学材料的理论计算
第一节 有机发光材料的理论与计算
第二节 非线性光学材料的计算
第三节 总结与展望
第八章 电子传输材料的理论模拟
第一节 引言
第二节 无机半导体电荷传输
第三节 有机半导体电荷传输
第四节 低维碳材料
第五节 分子电子学
第六节 展望
第九章 磁性材料与自旋调控
第一节 科学问题
第二节 理论与方法发展
第三节 磁性材料设计与自旋调控
第四节 前景与展望
第十章 新型光伏材料与热电材料的理论模拟
第一节 新型光伏材料
第二节 热电材料
第五篇 生命科学与药物化学中的问题
第一章 生命科学与药物化学中的问题概述
第二章 生物大分子的量子化学计算与分子力场
第一节 引言
第二节 生物大分子的量子分块计算方法
第三节 生物分子力场与极化效应
第四节 量子力学和分子力学（QM/MM）组合计算方法
第五节 展望
第三章 生物分子动力学模拟方法
第一节 引言
第二节 分子模拟方法
第三节 蛋白质配体相互作用自由能计算
第四节 粗粒化多尺度模型
第五节 展望
第四章 生物分子中的电荷与能量转移
第一节 引言
第二节 电子转移过程
第三节 质子转移过程
第四节 质子耦合电子转移过程
第五节 生物分子中的电荷和能量转移发展前景展望
第五章 蛋白质结构与功能
第一节 引言
第二节 蛋白质结构预测
第三节 金属蛋白质
第四节 膜蛋白质
第五节 蛋白质/蛋白质相互作用
第六节 前景与展望
第六章 蛋白质设计
第一节 引言
第二节 蛋白质设计
第三节 蛋白质结构、功能与设计发展前景展望
第七章 核酸与生物膜
第一节 引言
第二节 核酸和蛋白质核酸相互作用
第三节 生物膜
第四节 战略展望
第八章生物大分子信号传导和网络
第一节 引言
第二节 生物分子自组装
第三节 拥挤现象
第四节 生物分子相互作用及信号传导
第五节 生物分子网络
第六节 网络药理学
第七节 展望第九章药物设计与开发
第一节 引言
第二节 分子对接
第三节 打分函数
第四节 药效团、结构活性关系
第五节 药物治疗的微观作用机理
第六节 药物设计中的化学信息学
第七节 药代动力学性质和毒性预测
第八节 药物设计新思路
附录 关于建立“计算化学软件平台专项”的建议
关键词索引
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