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《新材料与绿色化学工艺前沿探索》 内容简介 本书聚焦于二十一世纪化学工业转型升级的关键方向——新材料的研发与绿色化学工艺的深度应用。全书共分为七个核心章节，旨在为化工、材料科学领域的研究人员、工程师以及高级技术人员提供一个全面、深入且极具前瞻性的技术参考和知识图谱。 第一部分：高性能聚合物的分子设计与合成（约 300 字） 本部分深入探讨了功能化聚合物的最新进展。着重分析了如何通过精确调控单体结构、聚合反应条件，以实现对聚合物宏观性能的精准控制。内容涵盖了新型生物可降解聚酯、具有自修复能力的动态共价网络材料的合成方法学。详细介绍了活性/可控自由基聚合（如 ATRP、RAFT）在制备窄分子量分布、复杂拓扑结构聚合物中的最新突破。此外，还阐述了基于机器学习辅助的聚合物结构-性能预测模型，旨在加速新材料的筛选与优化过程。重点案例包括用于柔性电子器件的高介电常数聚酰亚胺的制备与表征，以及新型离子液体作为聚合溶剂的应用潜力。 第二部分：催化科学的绿色化革命：非贵金属催化剂的应用（约 250 字） 催化剂是现代化学工业的灵魂。本章节将视角投向了更具经济性和环境友好性的非贵金属催化体系。深入剖析了基于铁、铜、镍等廉价金属构建的高效催化剂在重要有机合成反应中的应用。具体内容包括：负载型铁基催化剂在烯烃聚合中的活性提升机制、镍催化交叉偶联反应的最新进展，以及光催化和电催化领域中非贵金属纳米颗粒的应用。着重探讨了如何通过配体工程和原子层沉积技术，提高非贵金属催化剂的稳定性和选择性，以期替代传统的高成本、高毒性贵金属催化剂，实现化学反应过程的本质安全与绿色化。 第三部分：能源存储与转化用先进电极材料（约 300 字） 面对全球能源转型的迫切需求，本章系统梳理了下一代能源存储与转化技术所需的前沿电极材料。在储能方面，重点介绍了固态电解质的设计原则，特别是高离子电导率的聚合物基和无机/有机复合型固态电解质的制备工艺，以及高镍/富锂正极材料的结构稳定性研究。在能量转化方面，深入分析了电解水制氢所需的高效、低过电位析氧/析氢催化剂，包括过渡金属硫化物、氮化物的界面调控策略。同时，对燃料电池（特别是质子交换膜燃料电池）中关键组件的微观结构演变及其对长期运行性能的影响进行了详细的模拟与实验验证。 第四部分：生物基化学品与生物制造技术（约 250 字） 本部分关注化学工业的可持续发展路径——利用可再生生物质资源生产高附加值化学品。详细介绍了从纤维素、半纤维素等生物质原料出发，通过生物催化或热化学转化（如快速热解、气化）制备平台化合物的技术路径。重点阐述了基因工程酵母和工程菌在代谢途径重构方面的最新成果，如何实现乙醇、丁醇、1,3-丙二醇等重要单体的定向高效发酵生产。此外，还探讨了生物基聚合物（如 PHA、PLA）的规模化生产瓶颈及其改性技术，以期提升其耐热性和机械性能，拓宽其在工程领域的应用范围。 第五部分：微反应器技术与过程强化（约 200 字） 过程强化是实现精细化工与连续化生产的关键手段。本章着重介绍了微反应器技术在提高反应安全性、精准控制反应热量和传质效率方面的优势。详细分析了微通道设计（如蛇形、螺旋形、分叉形结构）对混合效率和流体力学特性的影响。内容涵盖了液-液萃取、气-液反应、光化学反应在微通道内的集成应用案例。通过案例分析，展示了如何利用微反应器技术实现传统釜式反应中难以控制的快速、高放热反应的稳定操作，从而大幅提高产品收率和纯度，并显著缩小生产设备的占地面积。 第六部分：环境修复与污染物降解的高级氧化技术（约 150 字） 本部分致力于解决工业废水和持久性有机污染物（POPs）的深度治理难题。重点介绍了臭氧氧化、芬顿/类芬顿反应及其可见光活化的改进技术。详细论述了新型纳米级铁基材料作为芬顿催化剂的优势，以及通过声化学、电化学方法协同增强污染物降解效率的机制。分析了高级氧化过程中活性物种（如羟基自由基、硫酸根自由基）的生成与捕获，为设计高效、低能耗的废水深度处理方案提供了理论指导和实践参考。 第七部分：工业过程的数字化与智能控制（约 100 字） 最后一部分展望了化学工业向工业 4.0 迈进的趋势。介绍了过程分析技术（PAT）在实时监测反应进程中的应用，以及如何利用多变量数据采集、大数据分析和人工智能算法，建立预测性维护和自适应优化控制系统。探讨了数字孪生技术在模拟和优化复杂化工装置操作策略中的潜力，以期实现更少的试错、更高的能效和更稳健的生产运行。 本书内容相互关联，涵盖了从分子设计到工业放大、从传统合成到绿色转型的全链条技术前沿，适合致力于推动化学工业创新发展的专业人士深度阅读与参考。
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