高等催化原理

第1章緒論1
1.1概述1
1.2催化作用2
1.2.1催化的基本概念2
1.2.2催化作用研究的意義5
1.3催化科學(xué)與技術(shù)的形成與發(fā)展8
1.3.1催化科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史8
1.3.2中國(guó)催化劑工業(yè)的發(fā)展14
1.4催化科學(xué)發(fā)展與展望15
1.4.1催化科學(xué)的發(fā)展特征15
1.4.2催化科學(xué)的發(fā)展方向16
1.5催化領(lǐng)域的學(xué)術(shù)會(huì)議、學(xué)術(shù)期刊與研究機(jī)構(gòu)18
1.5.1學(xué)術(shù)會(huì)議18
1.5.2學(xué)術(shù)期刊19
1.5.3國(guó)內(nèi)高校及研究機(jī)構(gòu)19
1.5.4我國(guó)著名催化專家21

第2章吸附與催化作用23
2.1概述23
2.1.1吸附現(xiàn)象23
2.1.2吸附特征25
2.1.3吸附與催化作用的關(guān)系25
2.2吸附類型26
2.2.1物理吸附26
2.2.2化學(xué)吸附28
2.2.3物理吸附向化學(xué)吸附的轉(zhuǎn)變33
2.3吸附熱35
2.4吸附等溫方程37
2.4.1吸附等溫線37
2.4.2吸附等溫方程39
2.5吸附和催化反應(yīng)過(guò)程中的溢流現(xiàn)象48
2.5.1溢流49
2.5.2對(duì)吸附脫附行為的影響50
2.5.3對(duì)催化反應(yīng)的影響51
2.5.4溢流物種及溢流形式53
2.5.5基于溢流效應(yīng)的氣-固相催化劑設(shè)計(jì)56
2.6吸附與催化作用機(jī)理57
2.6.1單分子分解反應(yīng)58
2.6.2雙分子反應(yīng)59
2.6.3擴(kuò)散控制反應(yīng)61

第3章金屬催化劑及其相關(guān)催化過(guò)程63
3.1概述63
3.2金屬催化劑的類型66
3.2.1根據(jù)催化劑的粒徑、化學(xué)組成和配位環(huán)境分類66
3.2.2按制備方法分類67
3.2.3按催化劑活性組分是否負(fù)載在載體上分類68
3.3金屬催化作用的化學(xué)鍵理論71
3.3.1金屬電子結(jié)構(gòu)的能帶模型和“d帶空穴”71
3.3.2價(jià)鍵模型和d特性百分?jǐn)?shù)的概念73
3.3.3配位場(chǎng)模型73
3.3.4晶格間距與催化活性——多位理論74
3.4負(fù)載型金屬催化劑76
3.4.1金屬載體相互作用77
3.4.2結(jié)構(gòu)敏感和非敏感反應(yīng)79
3.4.3單原子催化劑81
3.4.4限域空間中金屬粒子的催化作用84
3.5金屬合金催化劑89
3.5.1雙金屬合金催化劑89
3.5.2三金屬與多金屬合金催化劑92
3.5.3金屬催化劑助劑93
3.6金屬催化劑的失活與再生94
3.6.1金屬催化劑失活94
3.6.2失活催化劑再生96
3.7金屬催化劑的應(yīng)用97
3.7.1加氫反應(yīng)97
3.7.2氧化反應(yīng)100

第4章固體酸堿及其催化作用102
4.1概述102
4.2固體酸堿的分類及其性質(zhì)102
4.2.1固體酸堿的概念與分類102
4.2.2固體酸堿的性質(zhì)103
4.2.3酸堿中心作用104
4.3固體表面酸堿性的表征107
4.3.1指示劑滴定法107
4.3.2氣相堿性（酸性）分子吸附法109
4.3.3微分吸附量熱法111
4.3.4IR方法112
4.3.5NMR方法115
4.3.6催化反應(yīng)活性測(cè)定117
4.4分子篩催化劑119
4.4.1分子篩的發(fā)展歷程119
4.4.2分子篩的組成、結(jié)構(gòu)與應(yīng)用120
4.4.3分子篩的酸堿性質(zhì)121
4.4.4擇形催化124
4.5固體酸堿催化的應(yīng)用128
4.5.1固體酸催化反應(yīng)128
4.5.2固體堿催化反應(yīng)139
4.6雙功能催化劑143
4.6.1金屬/酸雙功能催化劑143
4.6.2金屬/堿雙功能催化劑145
4.6.3酸堿雙功能催化劑145

第5章金屬氧化物催化劑及其催化氧化作用149
5.1概述149
5.2過(guò)渡金屬氧化物的半導(dǎo)體特性150
5.2.1金屬氧化物的半導(dǎo)體性質(zhì)150
5.2.2半導(dǎo)體氧化物催化劑的催化機(jī)理157
5.3選擇性氧化反應(yīng)活性中心的性質(zhì)159
5.3.1選擇性氧化反應(yīng)活性中心159
5.3.2Mars-van Krevelen反應(yīng)機(jī)理163
5.3.3用于氧化反應(yīng)的金屬氧化物催化劑的結(jié)構(gòu)特征164
5.4氧物種特征對(duì)催化氧化作用的影響166
5.4.1過(guò)渡金屬氧化物催化劑的氧化還原機(jī)理166
5.4.2催化劑的金屬-氧鍵強(qiáng)度對(duì)催化反應(yīng)的影響167
5.4.3金屬氧化物催化劑氧化還原機(jī)理（Redox機(jī)理）168
5.4.4復(fù)合金屬氧化物催化劑169
5.4.5酸堿性對(duì)催化性能的影響170
5.5選擇性催化氧化反應(yīng)實(shí)例171
5.5.1輕質(zhì)烷烴的選擇性氧化173
5.5.2烯烴的選擇性氧化179
5.5.3短鏈烷烴的氧化脫氫制烯烴184
5.6選擇性氧化過(guò)程發(fā)展趨勢(shì)192

第6章多相催化劑的制備196
6.1概述196
6.1.1催化劑制備的重要性196
6.1.2固體催化劑的構(gòu)成198
6.1.3催化劑主要組分的設(shè)計(jì)200
6.1.4催化劑的一般制備205
6.1.5催化劑制備技術(shù)的新進(jìn)展210
6.2浸漬法212
6.2.1浸漬法的基本原理及影響因素212
6.2.2各種浸漬法工藝及要點(diǎn)215
6.2.3浸漬顆粒的熱處理217
6.2.4浸漬法制備催化劑的實(shí)例218
6.3沉淀法219
6.3.1沉淀過(guò)程和沉淀劑的選擇219
6.3.2沉淀法的影響因素220
6.3.3沉淀法工藝的分類223
6.3.4沉淀物的過(guò)濾、洗滌、干燥、焙燒225
6.3.5沉淀法制備催化劑的實(shí)例——活性Al2O3的制備227
6.4溶膠-凝膠法229
6.4.1溶膠-凝膠法簡(jiǎn)介229
6.4.2溶膠-凝膠法制備催化劑的一般步驟230
6.4.3溶膠-凝膠法的影響因素231
6.4.4溶膠-凝膠法制備催化劑實(shí)例232
6.5水熱（溶劑熱）合成法233
6.5.1水熱法合成分子篩233
6.5.2有序介孔材料的水熱合成235
6.6其他制備方法238
6.6.1錨定法(化學(xué)鍵合法)238
6.6.2混合法238
6.6.3離子交換法239
6.6.4熔融法241
6.7催化劑的終形成241
6.7.1催化劑活化241
6.7.2催化劑成型244

第7章多相催化劑的表征與活性評(píng)價(jià)249
7.1概述249
7.2固體催化劑物理性質(zhì)的表征250
7.2.1表面積與孔徑分布250
7.2.2粒徑與分布256
7.2.3電子顯微鏡技術(shù)259
7.3固體催化劑化學(xué)性質(zhì)的表征267
7.3.1主體化學(xué)成分表征267
7.3.2表面化學(xué)成分表征268
7.4催化劑的活性評(píng)價(jià)270
7.4.1催化劑活性的基本概念及測(cè)試目的270
7.4.2表征催化劑活性的一般參量271
7.4.3反應(yīng)區(qū)域問(wèn)題271
7.4.4實(shí)驗(yàn)室催化劑評(píng)價(jià)反應(yīng)器的類型273
7.4.5活性測(cè)試的方法276
7.5催化劑的失活、再生與壽命281
7.5.1催化劑失活281
7.5.2催化劑再生285
7.5.3催化劑壽命286

第8章環(huán)境催化289
8.1概述289
8.2環(huán)境廢氣的催化凈化289
8.2.1汽車尾氣凈化處理289
8.2.2煙氣催化凈化295
8.2.3揮發(fā)性有機(jī)化合物的催化燃燒303
8.2.4室內(nèi)空氣催化凈化306
8.3水處理過(guò)程中的多相催化309
8.3.1污水中化學(xué)需氧量的催化降解310
8.3.2水處理中的催化還原過(guò)程319
8.4綠色合成中的催化反應(yīng)322
8.4.1E因子與原子效率322
8.4.2催化還原323
8.4.3催化氧化324
8.4.4綠色化學(xué)中有機(jī)溶劑的使用327
8.5環(huán)境催化新發(fā)展327
8.5.1基于CO2資源化催化作用328
8.5.2基于納米粒子與單原子環(huán)境催化作用336

第9章能源催化轉(zhuǎn)化340
9.1概述340
9.2石油煉制中的催化過(guò)程341
9.2.1催化重整341
9.2.2流化催化裂化345
9.2.3石油中有機(jī)硫化物的催化脫除349
9.3煤轉(zhuǎn)化中的催化作用352
9.3.1煤直接液化中的催化作用353
9.3.2煤直接氣化中的催化作用357
9.3.3煤的催化燃燒361
9.4天然氣催化轉(zhuǎn)化363
9.4.1CH4間接化學(xué)轉(zhuǎn)化364
9.4.2CH4的催化燃燒367
9.5生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化369
9.5.1植物油的轉(zhuǎn)化370
9.5.2生物質(zhì)的生物催化轉(zhuǎn)化370
9.5.3生物質(zhì)衍生物的催化重整371
9.5.4生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化372
9.6燃料電池中的催化反應(yīng)375
9.6.1燃料電池簡(jiǎn)介375
9.6.2燃料電池工作原理376
9.6.3甲醇水蒸氣重整377
9.6.4汽柴油自熱重整379
9.6.5直接碳燃料電池380
9.7化學(xué)儲(chǔ)能中的催化反應(yīng)384
9.7.1水分解制氫384
9.7.2CO2還原反應(yīng)388

主要參考文獻(xiàn)392