材料化学工程中的分子模拟和热力学研究PDF电子书下载

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