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第1章 从介观尺度和界面现象分析材料化学工程所面临的挑战1

1.1 材料化学工程的产生与意义1

1.2 材料化学工程的主要研究内容3

1.2.1 “做”材料：基于化学工程理论与方法的材料制备技术4

1.2.2 “用”材料：基于新材料的化学单元技术与理论5

1.2.3 面向先进材料的材料化学工程的关键科学问题及难点6

1.2.4 以介孔TiO2功能材料为例剖析材料化学工程难点10

1.3 整体学术思路和本书框架13

1.3.1 材料化学工程研究方法的出发点13

1.3.2 整体学术思路15

1.3.3 本书主要内容和框架19

参考文献21

第2章 电解质溶液的固液相平衡和分子模拟研究24

2.1 电解质溶液的固液相平衡和分子模拟研究的重要意义24

2.2 电解质溶液的固液相平衡研究27

2.2.1 电解质溶液分子热力学模型（Lu-Maurer模型）27

2.2.2 离子选择性电极（ISEs）实验方法34

2.2.3 电解质溶液相平衡软件包的建立37

2.2.4 固液相平衡级计算通用方法的建立38

2.3 电解质溶液的分子模拟研究45

2.3.1 离子水化的分子动力学研究46

2.3.2 离子水化和缔合的量子化学与分子动力学研究50

2.4 高温高压下电解质溶液的热力学模型53

2.4.1 高温高压下电解质溶液的分子模拟54

2.4.2 热力学模型的建立56

2.4.3 模型参数的拟合及应用59

参考文献62

第3章 基于热力学方法的固液界面传递行为的研究67

3.1 固液界面传递过程中热力学研究的重要意义67

3.1.1 固液界面传递研究的重要性67

3.1.2 固液界面传递过程的热力学研究方法69

3.1.3 运用非平衡热力学研究传递模型的思路71

3.2 基于非平衡热力学方法的固液界面传递模型的建立及其应用73

3.2.1 晶体在溶液中溶解的物理模型描述73

3.2.2 固液界面传递模型的建立73

3.2.3 晶体溶解动力学实验74

3.3 非平衡热力学固液界面传递模型的应用77

3.3.1 钛酸钾晶须高质量、低成本制备过程中离子交换速率的控制77

3.3.2 光卤石溶解过程中的形貌控制80

3.4 影响固液界面传递行为的因素87

3.4.1 材料化学工程中的界面现象87

3.4.2 认识复杂固液界面传递过程中遇到的难题91

3.5 固液界面传递行为在材料化学工程研究中的新手段91

参考文献94

第4章 界面影响下流体纳米微结构的分子模拟研究100

4.1 材料化学工程中的分子模拟100

4.1.1 化工应用中的分子模拟102

4.1.2 膜材料设计与优化的分子模拟104

4.1.3 纳米器件与生物通道的分子模拟105

4.2 离子水溶液的分子模拟108

4.2.1 水的微结构109

4.2.2 离子水化113

4.3 几何尺寸对流体性质的影响114

4.3.1 几何尺寸对流体分子微结构的影响114

4.3.2 温度、压力对流体分子微结构的影响120

4.3.3 几何尺寸对流体吸附与分离的影响124

4.4 化学改性对流体性质的影响131

4.4.1 化学改性对流体结构的影响132

4.4.2 化学改性对离子水化的影响137

4.4.3 表面亲疏水性对流体扩散的影响141

4.5 分子模拟研究对材料化学工程应用的启示145

参考文献146

第5章 热力学方法在钛酸钾晶须制备及自润滑材料研究中的应用151

5.1 钛酸钾晶须的制备及存在的问题151

5.1.1 钛酸钾晶须的概述151

5.1.2 六钛酸钾晶须的制备方法155

5.1.3 高温反应-离子交换法存在的问题及研究思路157

5.2 六钛酸钾晶须制备过程中的热力学研究162

5.2.1 烧结过程的热力学研究162

5.2.2 基于热力学的六钛酸钾形貌控制167

5.2.3 离子交换热力学模型的建立169

5.2.4 基于离子交换热力学模型的六钛酸钾高纯度制备172

5.3 六钛酸钾晶须制备过程中的动力学研究172

5.3.1 利用离子选择性电极在线监测离子交换过程173

5.3.2 离子交换机理研究173

5.3.3 使用统计速率理论模型研究离子交换动力学模型178

5.4 六钛酸钾晶须的规模化制备181

5.5 基于非平衡热力学原理的自润滑材料关键因素分析及其设计183

5.5.1 基于非平衡热力学原理的自润滑材料关键因素分析183

5.5.2 基于非平衡热力学原理的自润滑材料设计188

参考文献197

第6章 材料化学工程方法在介孔氧化钛功能材料研究中的应用204

6.1 氧化钛材料及其应用的研究现状204

6.1.1 材料化学工程方法指导氧化钛功能材料的制备205

6.1.2 以氧化钛材料为基础的过程装备与技术206

6.2 介孔氧化钛材料的制备及特性研究208

6.2.1 介孔氧化钛制备及其难点209

6.2.2 控制pH值实现介孔氧化钛纯度的精确调控212

6.2.3 介孔氧化钛的高比表面积研究214

6.2.4 介孔氧化的高晶化孔壁和高锐钛稳定性研究217

6.2.5 介孔氧化钛的原子层面晶格匹配的锐钛-TiO2（B）核壳结构研究218

6.2.6 介孔氧化钛的快速化制备220

6.3 热力学与分子模拟指导的介孔氧化钛加氢脱硫研究222

6.3.1 面向国家重大需求的课题设立222

6.3.2 面向加氢脱硫应用需求的材料初步设计与制备223

6.3.3 热力学指导的超临界CO2催化剂纳米化担载技术225

6.3.4 热力学和分子模拟在氧化钛与流体间特殊界面性质研究中的应用228

6.3.5 介孔氧化钛其他功能化修饰及应用展望233

6.4 材料化学工程方法指导氧化钛光催化装备与技术的研究235

6.4.1 非均相光催化技术及反应器的简介236

6.4.2 高级氧化技术矿化水中污染物的理论极限浓度分析237

6.4.3 液固非均相光催化的过程强化240

6.4.4 液固非均相光催化过程的放大242

6.4.5 液固非均相光催化反应装置运行的模型指导244

参考文献247

第7章 材料化学工程内涵及方法论初探256

7.1 材料化学工程学科内涵的初探256

7.2 材料化学工程方法论初探257

7.2.1 固液界面处介质传递的极限分析：复杂溶液的相平衡258

7.2.2 解决过程速率和效率的博弈：非平衡热力学的线性化259

7.2.3 分子层面认识在材料制备和应用层面转化：理论、模拟和实验的互动259

参考文献261