应用催化基础

**章催化科学和技术的发展简史1
**节催化概念的产生和形成(1800～1900年)1
第二节与工业有关的重要催化过程的开发3
一、重无机化学工业中的催化过程(1860～1940年)3
二、与石油炼制工业有关的催化过程(1930～1960年)4
三、催化作用的物理化学基础(1860～1940年)7
第三节表面物理的冲击和新实验方法的诞生(1945～1965年)9
第四节经典的多相催化反应机理 (1950～1980年)12
第五节表面敏感光谱学及其对催化的冲击(1970～1999年)16
第六节固态化学和多相催化剂的设计(1975～1999年)21
第七节开发中的新催化过程(1975～1999年)23
一、多相催化中的手性反应23
二、环保和能源催化(1950～1999年)24
第八节与催化有关的诺贝尔化学奖26
参考文献27
第二章工业中的重要催化过程30
**节重无机化学工业中的催化过程30
一、氨的合成31
二、硝酸的制造35
三、硫酸的生产38
第二节石油炼制中的催化过程42
一、流态化催化裂解(FCC)44
二、催化重整48
三、低碳烷烃的异构50
四、加氢处理过程53
第三节石油化工过程中的催化54
一、同时生产苯乙烯和环氧丙烷（SMPO法）55
二、由丁烷或苯生产顺丁烯二酸酐57
三、丙烯氨氧化制丙烯腈59
第四节合成高分子材料工业60
一、全同（立构）聚丙烯（聚乙烯）60
二、合成纤维尼龙6原料己内酰胺的生产62
第五节以合成气（CO+H2）为原料的催化过程64
一、合成甲醇65
二、由甲醇羰基化合成乙酸68
三、低碳烯烃氢甲酰化合成低碳醇69
第六节生物催化技术70
一、亮氨酸的制备72
二、除虫菊的制备73
三、6氨基青霉烷酸(6APA)的生产74
第七节环保催化75
一、控制机动车排放尾气的净化催化剂75
二、水质净化中的光催化作用77
第八节与开发新能源有关的催化技术78
一、燃料电池78
二、水光解制氢80
第九节展望：绿色催化85
参考文献86
第三章催化作用的化学基础90
**节催化反应和催化剂90
一、催化反应和催化剂的分类90
二、催化剂在化学反应中的作用94
第二节催化剂作用的化学本质100
一、反应分子(底物)的活化100
二、催化剂的失活和再生102
三、化学反应的电子概念107
四、基元化学反应机理108
五、晶体场和配位场理论简介110
第三节催化中的物理化学120
一、催化反应热力学121
二、催化反应动力学128
三、催化剂结构对催化性能的影响139
参考文献152
第四章均相催化：酸、碱催化及配位催化155
**节酸、碱催化剂及其作用机理155
一、酸、碱的定义155
二、一般酸、碱催化反应156
三、特殊酸、碱催化反应157
四、一般酸、碱和特殊酸、碱催化反应的区别158
五、酸、碱协同催化反应159
六、Brnsted法则160
七、Lewis酸、碱催化反应163
第二节配合物催化剂及其作用机理164
一、配合物催化剂165
二、配合物催化剂的作用特点166
三、配位催化中的基元反应177
第三节有代表性的重要均相催化剂184
一、α烯烃聚合均相配合物催化剂184
二、水溶液金属有机化学：双相催化189
参考文献196
第五章生物催化剂(酶)及其催化作用200
**节酶的组成、结构和功能简介200
一、酶的分类和命名201
二、酶的催化功能与特点202
三、酶的化学组成203
四、酶的结构211
第二节酶反应——典型的配位催化作用215
第三节由酶的催化作用获得的启迪223
一、活性部位的组成和构型224
二、催化作用力——互补原理226
三、催化作用机理228
四、催化剂活性的调节和控制——变构效应234
第四节生物催化剂(酶)的工业应用237
一、采用生物催化工艺的依据238
二、生物催化剂的应用领域240
三、结论和展望243
参考文献244
第六章多相催化剂（固体）：表面功能化的材料246
**节表面结构246
一、洁净表面的结构246
二、再构表面和吸附质的结构249
三、固体的能带结构253
四、固体的振动260
第二节物理吸附、化学吸附和吸附动态学261
一、相互作用的类型262
二、键合部位的扩散263
三、物理吸附265
四、非解离化学吸附266
五、解离化学吸附(H2在简单的金属上)269
六、决定金属反应性的因素270
七、吸附/脱附中的微观可逆性272
第三节过渡金属氧化物催化剂的分子描述275
一、体相过渡金属氧化物和含氧盐276
二、不同表面氧物种的催化作用280
三、在氧化物载体上淀积的过渡金属离子281
参考文献283
第七章金属(合金)催化剂287
**节金属催化剂的特征287
第二节过渡金属的催化作用289
一、过渡金属催化作用中的几何因素289
二、过渡金属催化作用中的能量因素291
第三节合金的催化作用：集团效应和配体效应293
第四节载担型金属催化剂295
一、晶粒大小及其分布295
二、金属和载体之间的相互作用300
三、金属帮助的酸催化：酸和金属催化在反应机理上的共性303
第五节金属催化剂上的反应305
一、和氢转移有关的烃类转化反应305
二、氨的合成311
三、氧化反应314
四、CO+H2转化(FT合成)317
参考文献327
第八章金属氧化物催化剂(一)——酸碱型332
**节固体酸和固体碱333
一、简单固体酸和固体碱333
二、混合氧化物固体酸和固体碱335
三、复合氧化物固体酸和固体碱336
第二节有重要实际意义的固体酸、碱催化反应345
一、石油裂解346
二、择形催化350
三、由甲醇制烃(MTG)354
四、以沸石为基础的开发中的催化剂362
参考文献364
第九章金属氧化物催化剂(二)——氧化还原型369
**节氧化还原型氧化物催化剂的特点369
第二节氧化还原型氧化物的协合效果375
一、固溶体及其催化作用377
二、复合氧化物及其催化作用381
第三节重要氧化还原型工业催化剂举例——多种活性组分的协合作用397
一、烯烃氧化的催化过程及工业催化剂399
二、催化剂的作用机理400
三、不同组分的功能401
四、单相还是多相404
参考文献405
第十章催化剂的表征408
**节催化剂织构的表征409
一、固体催化剂的形态——孔、孔分布、表面积和密度409
二、测定固体催化剂形态特征的技术和方法410
三、担载金属——金属的表面积、分散度和晶粒大小417
四、固体催化剂的表面酸性和碱性422
五、程序升温技术（TPR、TPD、TPO和TPRS）425
第二节催化剂结构的表征428
一、粉末（多晶）X射线衍射428
二、电子显微镜431
三、红外光谱433
四、热分析技术436
五、紫外可见近红外(UVVisNIR)光谱439
第三节表面光谱技术441
一、电子光(能)谱443
二、离子光(能)谱451
三、结论和展望453
参考文献454
第十一章催化剂的制备457
**节结构单一的催化剂和载体457
一、简单氧化物和单质457
二、复合氧化物催化剂及载体464
第二节担载型催化剂的制备化学471
第三节固体催化材料的成型475
参考文献479
第十二章催化反应工艺481
**节工业催化反应器概述481
一、间隙式反应器481
二、用于气液反应的连续流动反应器(均相催化)482
三、用于固体催化反应的连续流动反应器483
第二节理想的反应器:数学描述486
一、间歇式反应器487
二、活塞流反应器(PFR)488
三、连续流搅拌槽反应器(CSTR)489
四、PFR和CSTR的比较490
第三节和传输结合的反应491
一、催化过程中物质的传输和传递492
二、催化剂颗粒外部扩散(外扩散区)的限制493
三、催化剂颗粒内部扩散(内扩散区)的限制494
四、强孔性阻力区域内的反应行为494
五、催化反应控制步骤的确定495
参考文献496
编后语497