本书围绕矿物材料这一中心，介绍了材料合成与制备的相关原理、方法及科研实例，共分12章，重点阐述纳米材料、碳材料及光功能材料以及复合材料的合成与制备技术。全书分成三部分。第一部分是纳米材料合成与制备，分别详细介绍了零维、一维、二维纳米材料，超分子材料的合成与制备，结合编者在上述领域的研究成果，对于纳米材料的合成与制备进行了系统的总结。第二部分是典型先进功能材料合成与制备，结合近年来功能材料科学领域的研究热点，介绍了碳材料、光催化材料、非线性光学晶体材料和压电催化材料的合成与制备。第三部分是复合材料合成与制备，分别介绍了无机/无机复合材料合成与制备、无机/有机高分子复合材料合成与制备和工业固体废物综合利用绿色合成与制备。
本书可作为材料科学与工程、材料化学、应用化学、岩石矿物材料学等专业的本科生及研究生的教材，也可作为相关专业科研人员、技术人员的参考书。
张以河，二级教授、博士生导师，俄罗斯工程院、俄罗斯自然科学院外籍院士，享受国务院政府特殊津贴专家，中国微米纳米技术学会会士，泰山学者，非金属矿物与固废资源材料化利用北京市重点实验室主任、全国循环经济工程实验室主任、自然资源部矿区生态修复工程技术创新中心副主任；中国复合材料学会理事/矿物复合材料分会主任委员、中国微米纳米技术学会理事/微纳米复合材料分会副理事长、中国环境科学学会固废分会副主任委员、中国材料研究学会理事、中国矿产资源与材料应用联盟理事、中国硅酸盐学会固废与生态材料分会常务理事。历任中国地质大学（北京）材料科学与工程学院院长、资源综合利用与新材料创新团队首席科学家，香港理工大学/香港城市大学研究员，山东非金属材料研究所高工，先后在美国、澳大利亚、德国、荷兰、加拿大等国家合作研究或访问。长期从事“矿物复合材料及其环境能源生物应用”研究，发表论文700余篇（SCI他引4万余次、H指数107），2019年至今连续入选科睿唯安全球高被引科学家、斯坦福全球前2%顶级科学家；主编出版11部专著/教材，入选“十四五”时期国家重点出版物出版专项规划项目/国家出版基金项目；授权发明专利100余项，多项技术实施转化；获多项科技奖。研究领域：微纳米复合材料、矿物高分子复合材料、矿产资源综合利用。
黄洪伟，教授、博士生导师；在“极化光催化材料”领域取得一系列代表性成果，发表论文200余篇；主持国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划子课题等多个科研项目；入选国家高层次青年人才，荣获霍英东教育基金会青年教师奖、教育部自然科学奖二等奖、北京市自然科学奖二等奖等；2019年至今连续入选科睿唯安全球高被引科学家，已培养硕士、博士研究生40余名；任国内外多个期刊的客座主编及编委、中国感光学会青年理事等。
田娜，博士、副教授、博士生导师；主要从事异质结光催化材料的设计合成及其环境能源应用；主持国家自然科学基金面上项目等9项，授权中国发明专利3项；以第一作者/通讯作者发表国际SCI论文50余篇；入选北京市科协青年人才托举工程。
第1章 绪论1
1.1 材料合成与制备概述 1
1.2 纳米及纳米矿物材料制备 2
1.2.1 纳米材料制备概述 2
1.2.2 纳米矿物材料制备概述 3
1.3 碳材料及光功能材料制备 4
1.4 矿物相关复合材料制备 5
1.5 材料合成与制备的发展趋势 6
思考题 8
参考文献 8
第2章 零维（球状）纳米材料合成与制备9
2.1 零维纳米材料简介 9
2.1.1 量子点 10
2.1.2 纳米晶 11
2.1.3 纳米团簇 11
2.2 溶胶-凝胶法 12
2.2.1 概念 12
2.2.2 原理 12
2.2.3 发展历史 13
2.2.4 具体制备方法及应用举例 13
2.2.5 优缺点 14
2.3 水热合成法 15
2.3.1 概念 15
2.3.2 原理 15
2.3.3 发展历史 15
2.3.4 具体制备方法及应用举例 16
2.3.5 优缺点 17
2.4 共沉淀法 18
2.4.1 直接共沉淀法 18
2.4.2 均匀共沉淀法 19
2.4.3 共沉淀法影响因素 20
2.5 模板法 21
2.5.1 表面活性剂模板法 21
2.5.2 合成高分子模板法 23
2.5.3 生物模板法 26
2.6 微波法 27
2.6.1 微波加热 27
2.6.2 微波法在零维材料制备中的应用 27
思考题 30
参考文献 30
第3章 一维、二维纳米材料合成与制备32
3.1 一维纳米材料 32
3.1.1 合成与制备方法 32
3.1.2 纳米管材料制备 34
3.1.3 纳米棒材料制备 42
3.1.4 纳米线材料制备 45
3.1.5 纳米带材料制备 51
3.2 二维纳米材料合成与制备 54
3.2.1 简介 54
3.2.2 二维材料的制备方法 54
思考题 57
参考文献 58
第4章 超分子材料合成与制备62
4.1 超分子材料简介 62
4.2 超分子体系作用力及影响因素 64
4.2.1 结合常数 65
4.2.2 分子间作用力 65
4.3 代表性主客体识别体系、超分子功能体系 67
4.3.1 代表性主客体识别体系 67
4.3.2 代表性超分子功能体系 71
4.4 超分子作用的规律及特点 74
4.4.1 熵效应 74
4.4.2 锁和钥匙原理 75
4.4.3 协同效应 76
4.4.4 模板效应 77
4.4.5 多价作用 77
4.5 热力学和动力学影响 78
4.6 超分子体系的形成方式——自组装 78
4.7 超分子材料的应用 80
4.7.1 超分子催化 80
4.7.2 超分子载体 81
4.7.3 超分子表面改性 82
思考题 82
参考文献 83
第5章 碳材料合成与制备84
5.1 碳材料简介 84
5.1.1 焦炭 84
5.1.2 炭黑 85
5.1.3 膨胀石墨 85
5.1.4 热解石墨 86
5.1.5 人造金刚石 86
5.1.6 碳纤维及碳纳米管 86
5.1.7 富勒烯 87
5.1.8 石墨烯 87
5.2 一般碳材料制备 88
5.2.1 碳纤维 88
5.2.2 膨胀石墨 96
5.3 碳纳米管纳米材料 97
5.3.1 电弧放电法制备碳纳米管 97
5.3.2 激光蒸发法制备碳纳米管 98
5.3.3 化学气相沉积法制备碳纳米管 98
5.3.4 其他制备方法 99
5.4 富勒烯纳米材料 100
5.5 石墨烯纳米材料 101
5.5.1 石墨烯简介 101
5.5.2 石墨烯的制备 102
5.6 活性炭材料 105
5.6.1 活性炭简介 105
5.6.2 活性炭制备 107
5.7 生物炭材料 110
5.7.1 竹炭 110
5.7.2 植物类活性炭 113
思考题 116
参考文献 116
第6章 氮化碳光催化材料合成与制备118
6.1 光催化技术原理 118
6.2 有机聚合物半导体简介 119
6.3 氮化碳简介 120
6.3.1 氮化碳的发展历史 120
6.3.2 氮化碳的结构 121
6.3.3 氮化碳的性质 122
6.3.4 氮化碳的应用 123
6.4 氮化碳光催化材料合成方法 123
6.4.1 传统高温聚合法 124
6.4.2 熔盐法 125
6.4.3 模板法 126
6.4.4 水热预处理法 126
6.4.5 其他方法 126
思考题 127
参考文献 127
第7章 非线性光学晶体材料合成与制备129
7.1 非线性光学晶体材料概述 129
7.1.1 非线性光学晶体的概念 129
7.1.2 非线性光学晶体的分类 130
7.1.3 非线性光学晶体的性能 131
7.2 非线性光学晶体材料结构设计及制备方法 131
7.2.1 非线性光学晶体材料结构设计 131
7.2.2 非线性光学晶体材料制备方法 133
7.3 半导体型非线性光学晶体材料制备 134
7.3.1 单质半导体型 134
7.3.2 二元化合物半导体型 135
7.3.3 三元化合物半导体型 137
7.4 含氧酸盐型非线性光学材料制备 138
7.4.1 硼酸盐非线性光学晶体材料 138
7.4.2 磷酸盐非线性光学晶体材料 146
7.4.3 铌酸盐非线性光学晶体材料 149
7.4.4 碘酸盐、钛酸盐非线性光学晶体材料 150
7.5 有机非线性光学材料制备 152
7.5.1 有机晶体的结构特点 152
7.5.2 有机晶体的分类 152
7.5.3 有机晶体的生长方法 153
思考题 155
参考文献 156
第8章 铋系光催化材料合成与制备158
8.1 铋系光催化材料简介 158
8.2 铋系光催化材料的分类 160
8.3 常见铋系光催化材料的晶体结构 161
8.3.1 Sillén 型 161
8.3.2 Aurivillius 型 163
8.3.3 Sillén-Aurivillius 型 164
8.3.4 Sillén/Aurivillius 相关类型 164
8.3.5 其他类型 165
8.4 铋系光催化材料的性质 166
8.4.1 特殊的电子结构 166
8.4.2 独特的层状结构 166
8.4.3 内建电场 166
8.4.4 铁电性 167
8.5 铋系光催化材料的制备方法 168
8.5.1 固相合成法和熔盐法 168
8.5.2 水热/溶剂热法 169
8.5.3 水解法 170
8.5.4 溶胶-凝胶法和聚合络合法 170
8.5.5 其他合成方法 172
思考题 172
参考文献 173
第9章 压电光催化材料合成与制备177
9.1 压电催化技术原理 177
9.2 压电光催化材料晶体结构特性 180
9.3 常见压电光催化材料 182
9.3.1 ABO3 型 182
9.3.2 Aurivillius 型 186
9.4 压电光催化材料制备方法 190
9.4.1 固相合成法 190
9.4.2 水热/溶剂法 191
9.4.3 熔盐法 191
9.4.4 模板法 192
9.4.5 其他方法 192
思考题 193
参考文献 193
第10章 无机/无机复合材料合成与制备197
10.1 概述 197
10.2 超细碳酸钙及其无机复合材料合成与制备 197
10.2.1 超细碳酸钙 197
10.2.2 超细碳酸钙合成方法 199
10.2.3 超细碳酸钙化学包覆钛白粉 200
10.2.4 超细碳酸钙无机复合材料 201
10.3 水滑石(类水滑石) 及其无机复合材料合成 202
10.3.1 水滑石及其复合材料简介 202
10.3.2 水滑石(类水滑石) 合成 203
10.3.3 水滑石（类水滑石）无机复合材料合成与制备 204
10.4 硅藻土及其纳米复合材料合成与制备 207
10.4.1 硅藻土及其复合材料简介 207
10.4.2 TiO2 /硅藻土纳米复合材料制备及其应用 209
10.4.3 Cu2O/硅藻土纳米复合材料制备及其应用 210
10.4.4 硅藻土纳米复合材料及其抗菌应用 212
10.5 沸石及其纳米复合材料合成与制备 214
10.5.1 沸石及其无机复合材料简介 214
10.5.2 沸石/TiO2 复合材料合成与制备 215
10.5.3 沸石/纳米银复合材料合成与制备 215
10.5.4 沸石/锌复合材料合成与制备 216
10.5.5 石油化工中沸石催化复合材料合成与制备 217
10.6 海泡石及其无机复合材料合成与制备 218
10.6.1 海泡石及其无机复合材料简介 218
10.6.2 TiO2 /海泡石无机复合材料合成与制备 222
10.6.3 Cu2O/海泡石无机复合材料合成与制备 223
思考题 224
参考文献 224
第11章 无机/有机复合材料合成与制备226
11.1 概述 226
11.2 矿物无机/有机复合材料研究进展 226
11.3 溶胶-凝胶原位合成 229
11.3.1 溶胶-凝胶法简介 229
11.3.2 溶胶-凝胶法制备复合材料 229
11.4 层状硅酸盐原位插层聚合有机/无机纳米复合材料合成 232
11.4.1 层状硅酸盐插层合成 232
11.4.2 层状硅酸盐插层复合材料合成 237
11.5 层状硅酸盐柱撑复合材料合成 240
11.5.1 柱撑层状硅酸盐的制备原理 241
11.5.2 柱撑层状硅酸盐的制备方法与工序 241
11.5.3 柱撑层状硅酸盐的制备工艺条件及影响因素 241
11.5.4 柱化剂的分类 241
11.5.5 小结 243
11.6 熔融插层复合材料合成 244
11.6.1 静态退火熔融插层 244
11.6.2 剪切共混熔融插层 245
11.6.3 熔融插层机理 247
11.7 层链状硅酸盐矿物材料合成 248
11.7.1 凹凸棒石、海泡石合成与制备 248
11.7.2 凹凸棒石、海泡石高分子复合材料合成凹凸棒石高分子复合材料 252
思考题 254
参考文献 255
第12章 工业固体废物综合利用绿色合成与制备259
12.1 工业固体废物资源综合利用简介 259
12.2 粉煤灰矿物聚合材料合成 260
12.2.1 矿物聚合物 260
12.2.2 矿物聚合物的性质 261
12.2.3 矿物聚合物反应机理 263
12.2.4 粉煤灰矿物聚合物 264
12.3 赤泥絮凝剂、胶凝材料、复合材料合成 265
12.3.1 赤泥絮凝剂合成 267
12.3.2 赤泥胶凝材料合成 269
12.3.3 赤泥复合材料合成 270
12.4 尾矿综合利用绿色合成 271
12.4.1 制备白炭黑 272
12.4.2 矿山回填 273
12.4.3 制备建筑材料 276
12.5 化学石膏绿色制备 277
12.5.1 主要化学石膏分类及其来源 277
12.5.2 工业副产石膏应用的必要性 281
12.5.3 工业副产石膏的加工与利用 282
12.6 保险粉废渣综合利用绿色合成 287
12.6.1 保险粉废渣的形成 287
12.6.2 物化特性及成分分析 287
12.6.3 分离及钻井用固体润滑剂的合成 288
12.7 工业粉尘综合利用绿色合成 288
12.7.1 工业粉尘补强橡胶材料 289
12.7.2 含铁粉尘制备炼铁用氧化球团 289
思考题 290
参考文献 290
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