《材料化学》主要介绍了无机粉体制备和改性的原理、方法和技术，材料在制备和应用中涉及的助剂和材料维护。具体内容包括无机粉体合成(普通条件、特殊条件），多孔材料制备，非金属材料的化学提纯，粉体表面和界面，粉体化学修饰及改性，材料助剂，材料的腐蚀和防护，以及与现代科技紧密结合的新能源材料、环境材料、新型生物医用材料。教材章后的拓展阅读和思考题，有助于加深学生对所学内容的理解。
《材料化学》可作为材料化学、材料物理、材料科学与工程、复合材料与工程、无机非金属材料工程等专业基础课教材使用，也可供材料类专业科技工作者参考。

第1章 绪论 001
1.1 材料研究中的化学问题 001
1.2 从原料到材料——化学过程和材料过程 003

第2章 普通材料合成化学 005
2.1 无机材料合成概论 005
2.1.1 无机合成和制备的基本问题 006
2.1.2 无机合成与制备化学中若干前沿课题 010
2.2 材料的气相合成反应 014
2.2.1 化学气相沉积 014
2.2.2 化学气相沉积主要类型 015
2.3 材料液相合成反应 018
2.3.1 溶胶-凝胶合成法 018
2.3.2 水热与溶剂热合成 021
2.3.3 功能材料的水热与溶剂热合成 026
2.4 材料的固相合成反应 027
2.4.1 高温固相反应 027
2.4.2 低热固相合成 029
2.5 先进陶瓷材料的制备化学 038
2.5.1 超微粉体的制备化学 038
2.5.2 陶瓷成型和基于烧结过程的制备化学 042
拓展阅读：水热条件下的海底是生命的摇篮吗？ 046
思考题 048
参考文献 049

第3章 特殊材料合成化学 050
3.1 高压合成 050
3.1.1 高压合成定义 050
3.1.2 高压合成技术 051
3.2 电解合成 052
3.2.1 水溶液电解 053
3.2.2 熔盐电解和熔盐技术 055
3.3 无机光化学合成 057
3.3.1 光化学合成 058
3.3.2 光解水制备H2和O2 059
3.4 微波与等离子体合成 059
3.4.1 微波与材料的相互作用 060
3.4.2 微波等离子体的特点 061
3.4.3 等离子反应过程 061
3.4.4 微波与等离子体合成及应用实例 062
3.5 仿生合成技术 064
3.5.1 仿生合成技术简介 064
3.5.2 仿生合成过程中分子作用的机理 065
3.5.3 典型的生物矿物材料 066
3.5.4 无机晶体形成的模板 067
3.5.5 纳米材料仿生合成 067
拓展阅读：从仿生矿化到仿生骨材料 069
思考题 071
参考文献 071

第4章 多孔材料合成化学 072
4.1 多孔材料及其分类 072
4.1.1 微孔材料合成新进展和特殊合成方法 073
4.1.2 介孔材料 080
4.1.3 大孔材料 086
4.2 沸石类材料的合成化学 087
4.2.1 沸石类材料及其结构特征 087
4.2.2 沸石类材料的合成 092
4.2.3 生成机理与基本合成规律 095
4.3 MOF-COF 材料的合成化学 104
4.3.1 MOF-COF 材料及其合成方法 104
4.3.2 MOF-COF 材料应用 106
4.3.3 MOF-COF 材料展望 107
拓展阅读：多孔材料展望 108
思考题 109
参考文献 109

第5章 非金属材料的化学提纯 111
5.1 湿法化学提纯 111
5.1.1 湿法化学提纯基本概念 111
5.1.2 浸出热力学 112
5.1.3 非金属矿湿法化学提纯工艺 117
5.2 非金属矿煅烧提纯 129
5.2.1 石墨煅烧提纯 129
5.2.2 高岭土焙烧提纯 130
5.2.3 硅藻土煅烧提纯 131
5.3 煅烧-浸出复合工艺 132
5.3.1 金红石与钛铁矿焙烧 132
5.3.2 硅藻土的硫酸化焙烧法 133
拓展阅读：矿物提纯绿色化学 133
思考题 134
参考文献 134

第6章 粉体表面和界面 135
6.1 界面与表面 135
6.2 粉体表面物理化学性能 137
6.2.1 比表面积和表面能 137
6.2.2 表界面润湿性 138
6.2.3 表界面吸附 142
6.2.4 表界面电性 148
6.2.5 表面化学性质 149
6.3 粉体表面性能测试 150
6.3.1 粉体表面组成和元素化学态 150
6.3.2 比表面积和表面能 151
6.3.3 粉体表面润湿性 152
6.3.4 粉体表面电性 153
6.3.5 粉体表面形态 154
拓展阅读：有趣的表面化学现象——埃特尔与表面化学 155
思考题 156
参考文献 156

第7章 粉体的化学修饰与改性 158
7.1 粉体表面改性概述 158
7.1.1 粉体表面改性的目的 158
7.1.2 粉体表面改性的研究内容 159
7.2 粉体表面改性工艺方法 160
7.2.1 表面改性方法 161
7.2.2 表面改性工艺 164
7.3 粉体表面改性产品的检测与表征 166
7.3.1 粉体表面性能测试和表征 167
7.3.2 粉体悬浮液的分散稳定性 167
7.3.3 吸附类型 167
7.3.4 包覆量与包覆率 168
7.3.5 粒度分布与颗粒形貌 169
7.4 表面改性剂 171
7.4.1 偶联剂 172
7.4.2 表面活性剂 179
7.4.3 不饱和有机酸及有机低聚物 181
7.4.4 水溶性高分子 182
7.4.5 无机盐或金属氧化物 183
7.5 粉体材料化学改性 184
7.5.1 粉体的外表面改性 184
7.5.2 粉体插层改性 188
7.5.3 多孔材料改性 195
拓展阅读：填料新宠——石墨烯的改性 198
思考题 199
参考文献 200

第8章 材料助剂 201
8.1 助剂概述 201
8.2 改善材料化学性能的助剂 202
8.2.1 材料的稳定剂 202
8.2.2 阻燃剂 213
8.2.3 无机抗菌防霉剂 216
8.2.4 材料的抗静电剂 220
8.3 改善材料工程力学性能的助剂 224
8.3.1 增塑剂 224
8.3.2 材料的增韧剂 226
8.3.3 材料的增强剂 231
8.4 改善材料加工性能的助剂 234
8.4.1 相容剂 234
8.4.2 发泡剂 234
拓展阅读：助剂化学发展新趋势 236
思考题 236
参考文献 237

第9章 材料的腐蚀和防护 238
9.1 腐蚀概述 238
9.1.1 腐蚀及其危害 238
9.1.2 腐蚀分类 239
9.2 材料腐蚀防护的原则 240
9.2.1 金属材料的腐蚀和防护 241
9.2.2 无机非金属材料的腐蚀和防护 248
9.2.3 高分子材料的腐蚀和防护 253
拓展阅读：船舶用环保型涂层 260
思考题 260
参考文献 261

第10章 新材料化学 262
10.1 新能源材料化学 262
10.1.1 二次电池材料 262
10.1.2 燃料电池材料 267
10.2 环境材料化学 273
10.2.1 环境净化材料 274
10.2.2 环境降解高分子材料 279
10.3 新型生物医用材料化学 282
10.3.1 生物医用材料的类别及功能 282
10.3.2 硬组织相容性材料 284
10.3.3 软组织相容性材料 287
10.3.4 血液相容性材料 287
10.3.5 医用生物降解材料 288
拓展阅读：锂资源开发的关键产业——盐湖提锂 292
思考题 293
参考文献 294

材料是人类社会和科学技术发展的物质基础，是人类文明的象征，在漫漫的历史长河中，材料的发展推动着人类文明的发展。从远古的石器时代、青铜器时代，到钢铁时代，再到如今的复合材料时代，材料不仅在组成上更加复杂化，在组成成分间的相互结合方面更加精细化，材料的性能方面要求也更加多功能化、智能化、生态化。因而，需要打破传统材料制备的观念，用化学的手段从分子、原子等微观层面进行设计、制备、研究，以满足社会发展对材料的需求。针对特定性能需求，通过组成设计、结构调控、工艺优化实现材料功能的精准调控。材料化学学科正是在材料与化学交叉融合的过程中蓬勃发展。
材料化学是采用化学手段研究材料设计、制备、性能和应用的一门学科。随着科技的不断进步，材料化学在新型功能材料的开发和应用中扮演着越来越重要的角色，广泛影响着能源、环境、生物医学、电子器件等多个领域。广泛应用的固体材料按组成可以分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料4 大材料。复合材料在组成上最为复杂，是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组成的一种多相固体材料。高分子无机复合材料又是复合材料的主力军，在其制备和性能研究中，几乎囊括了无机非金属材料、高分子材料所涉及的合成方法、测试手段、性能与应用的方方面面，因而无机非金属材料、高分子材料和复合材料研究中有诸多共性问题。基于此，本教材系统阐述除金属材料外固体材料的相关化学问题。其中第1章介绍现代材料化学学科的研究内容；第2～4章介绍无机粉体合成（普通条件、特殊条件）和多孔材料制备；第5章介绍非金属材料的化学提纯；第6章和第7章介绍粉体表面和界面、粉体化学修饰及改性；第8章和第9章介绍材料助剂化学和材料应用化学（材料的腐蚀和防护）。为了使教材体系更加完善，还加入了能开阔学生视野，与现代科技紧密结合的新材料化学（第10章）。学生能够最大限度地了解除金属材料外固体材料的基本知识、原理、制备方法和技术、应用维护等相关知识，从而形成完整的知识框架，为今后从事材料研究和开发奠定基础。
中国地质大学（北京）材料化学系以矿物材料研究为特色，教师长期从事矿物加工、改性和应用的研究，在合成无机粉体与天然矿物的提纯和改性领域积累了丰富经验。教材中许多研究实例来源于教师科研成果，因而本教材具有鲜明的特色和独特的编撰角度，为读者提供了探索新材料的窗口。教材编写中安琪教授和赵璐副教授主要负责第1～4章的内容，吕凤柱教授和周风山教授主要负责第5～10章的内容。
本教材适用于材料化学、材料物理、材料科学与工程、复合材料与工程、无机非金属材料工程等专业学生使用，是一部适应面较宽的教材，可以作为以上专业的骨干基础课教材使用。

编者
2024年10月