应用催化基础(赵芸)

第1章 绪论 001 1.1 催化概念的产生及形成 001 1.2 重要的工业催化过程 002 1.3 催化科学与技术发展的新领域 004 1.3.1 新型催化材料及其应用 004 1.3.2 催化科学与技术的发展趋势 006 第2章 催化的化学基础 008 2.1 催化作用与催化剂 008 2.1.1 催化作用的定义及特征 008 2.1.2 催化剂的组成及其功能 010 2.1.3 催化剂的结构 013 2.1.4 催化剂的性能指标 015 2.2 催化作用的化学本质 017 2.3 吸附作用 019 2.3.1 物理吸附与化学吸附 019 2.3.2 吸附势能曲线 020 2.3.3 化学吸附强度与吸附态 021 2.3.4 吸附等温线及吸附等温方程 024 2.4 催化反应热力学及动力学 028 2.4.1 催化反应热力学 028 2.4.2 催化反应动力学 034 思考题 037 第3章 催化的工程基础 038 3.1 均相催化与多相催化 038 3.1.1 均相催化与多相催化的定义 038 3.1.2 均相催化与多相催化的特点 039 3.2 多相催化反应基础 039 3.2.1 多相催化反应步骤 039 3.2.2 外扩散 040 3.2.3 内扩散 040 3.2.4 反应物分子的吸附、表面反应及产物脱附 041 3.3 催化反应器基础 041 3.3.1 理想反应器与非理想反应器 042 3.3.2 停留时间及其分布 042 3.3.3 典型催化反应器 047 思考题 054 第4章 酸碱催化剂与酸碱催化作用 055 4.1 酸碱理论与催化 055 4.1.1 酸碱电离理论 055 4.1.2 酸碱质子理论 055 4.1.3 酸碱电子理论 056 4.2 酸碱催化剂的定义、分类及其性质 056 4.2.1 酸碱催化剂的定义 056 4.2.2 酸碱催化剂的分类 057 4.2.3 酸碱催化剂的性质 057 4.3 酸碱中心的形成与结构 061 4.4 酸碱催化剂的催化作用 063 4.4.1 酸类型与催化选择性的关系 063 4.4.2 酸强度与催化活性及选择性的关系 064 4.4.3 酸量与催化活性的关系 065 4.5 典型酸碱催化剂及其应用 065 4.5.1 均相酸碱催化剂 065 4.5.2 分子筛催化剂 066 4.5.3 固体超强酸催化剂 071 4.5.4 杂多酸催化剂 073 4.5.5 离子交换树脂催化剂 075 4.6 酸碱催化剂新进展 076 思考题 077 第5章 金属催化剂与金属催化作用 078 5.1 金属化学键理论与催化 078 5.2 金属催化剂的定义和分类 079 5.3 金属催化剂的结构 080 5.3.1 金属(合金)的晶体结构 080 5.3.2 金属(合金)的电子结构 080 5.3.3 金属(合金)的表面结构 081 5.4 金属催化剂的特征及其催化作用 083 5.4.1 金属催化剂的特征 083 5.4.2 金属催化剂的催化作用原理 084 5.4.3 金属催化剂表面的吸附 085 5.5 典型金属催化剂及其应用 086 5.5.1 体相金属催化剂 086 5.5.2 负载金属催化剂 087 5.5.3 合金催化剂 088 5.5.4 金属团簇催化剂 089 5.6 金属催化剂新进展 089 5.6.1 单原子催化剂 089 5.6.2 高熵合金催化剂 090 5.6.3 核壳催化剂 090 思考题 090 第6章 过渡金属氧化物催化剂与催化氧化作用 091 6.1 半导体的能带理论 091 6.1.1 非计量化合物的类型 091 6.1.2 半导体的能带结构 093 6.2 过渡金属氧化物催化剂的组成与结构 094 6.2.1 过渡金属氧化物催化剂的组成 094 6.2.2 单一过渡金属氧化物的结构 094 6.2.3 复合过渡金属氧化物的结构 097 6.3 过渡金属氧化物催化剂的催化氧化作用 099 6.3.1 过渡金属氧化物催化剂的作用机理 099 6.3.2 过渡金属氧化物催化剂的酸碱行为 099 6.3.3 过渡金属氧化物催化剂表面的氧物种及其作用 101 6.4 过渡金属氧化物催化剂对反应物分子的吸附和活化 103 6.4.1 烃类分子的吸附和活化 103 6.4.2 H2 的吸附和反应性 105 6.4.3 CO的吸附和反应性 106 6.4.4 NO的吸附和反应性 106 6.5 典型过渡金属氧化物催化剂及其应用 107 6.5.1 V2O5 催化氧化制邻苯二甲酸酐 107 6.5.2 Bi2O3-MoO3 催化丙烯氧化制丙烯酸 109 6.5.3 MO3 基双金属氧化物催化丙烯氧化制丙酮——双功能催化作用 112 6.6 过渡金属氧化物催化剂新进展 114 思考题 115 第7章 过渡金属有机配合物催化剂与配位催化作用 116 7.1 过渡金属有机配合物理论与催化 116 7.1.1 晶体场理论 116 7.1.2 分子轨道理论 117 7.2 过渡金属有机配合物的定义、结构及分类 118 7.2.1 过渡金属有机配合物的定义 118 7.2.2 过渡金属有机配合物的结构 118 7.2.3 过渡金属有机配合物的分类 121 7.3 过渡金属有机配合物的催化作用 122 7.3.1 配位体取代反应 122 7.3.2 氧化加成和还原消除反应 123 7.3.3 插入和脱出反应 124 7.3.4 配位体的反应 125 7.4 典型过渡金属有机配合物催化剂及其应用 126 7.4.1 铑/钌配合物催化不饱和化合物加氢反应 126 7.4.2 Ziegler-Natta催化剂及茂金属催化烯烃聚合反应 128 7.4.3 钯催化烯烃氧化反应 130 7.4.4 过渡金属卡宾配合物催化烯烃复分解反应 130 7.4.5 过渡金属羰基配合物催化烯烃氢甲酰化反应 131 7.4.6 钯配合物催化交叉偶联反应 134 7.5 过渡金属有机配合物催化剂新进展 135 7.5.1 氢化反应催化剂 135 7.5.2 烯烃聚合反应催化剂 136 7.5.3 烯烃复分解反应催化剂 137 7.5.4 交叉偶联反应催化剂 137 思考题 138 第8章 生物催化剂与生物催化作用 139 8.1 生物催化剂的定义、分类、结构及催化特征 139 8.1.1 生物催化剂的定义 139 8.1.2 生物催化剂的系统分类 140 8.1.3 生物催化剂的结构基础 142 8.1.4 生物催化剂的催化特征 146 8.2 生物催化剂的反应动力学 147 8.2.1 酶促反应动力学方程 147 8.2.2 酶催化动力学参数的意义 149 8.2.3 酶催化活性的表征 150 8.3 影响生物催化反应的因素 151 8.3.1 pH 影响酶催化反应 151 8.3.2 温度影响酶催化反应 152 8.3.3 抑制剂影响酶催化反应 152 8.4 生物催化剂的应用 155 8.4.1 生物催化剂在医药方面的应用 155 8.4.2 生物催化剂在食品方面的应用 157 8.4.3 生物催化剂在生物检测方面的应用 158 8.4.4 生物催化剂在生物材料方面的应用 158 8.5 生物催化剂新进展 158 8.5.1 数据驱动的催化元件表征 159 8.5.2 生物催化剂的分子改造技术 159 思考题 161 第9章 电催化剂与电催化作用 162 9.1 电催化作用与电催化反应的基本规律 162 9.1.1 电催化基础 162 9.1.2 电催化反应的基本规律和两类电催化反应及其共同特点 163 9.2 电催化剂的电子结构效应和表面结构效应 165 9.2.1 电催化剂的电子结构效应 166 9.2.2 电催化剂的表面结构效应 167 9.3 电催化作用中的电子效应调控及协同效应 169 9.3.1 金属表面反应性及其电子效应调控 169 9.3.2 电催化剂的协同效应 171 9.4 电极反应及其电催化 172 9.4.1 氢电极反应及其电催化 172 9.4.2 氧电极反应及其电催化 174 9.5 电催化剂新进展 177 9.5.1 过渡金属氧化物 177 9.5.2 过渡金属硫化物 177 9.5.3 过渡金属氮化物 179 9.5.4 过渡金属磷化物 179 9.5.5 层状双金属氢氧化物 180 思考题 180 第10章 固体催化剂的设计 181 10.1 催化剂设计的分子基础 181 10.1.1 单晶金属表面结构 182 10.1.2 表面原子的氧化状态 184 10.2 工业催化剂设计方法 184 10.2.1 催化剂设计的总体考虑 184 10.2.2 催化剂的仿生设计 187 10.2.3 催化剂设计的框图程序 188 10.2.4 催化剂设计的经验程序 190 10.2.5 催化剂的类型设计法 194 10.2.6 催化剂主要组分的设计 194 10.2.7 催化剂次要组分的设计 196 10.3 理论辅助的催化剂设计 197 10.3.1 建模方法概述 198 10.3.2 固体催化剂模拟设计实例 201 思考题 206 第11章 固体催化剂制备与成型 207 11.1 固体催化剂的常规制备方法 207 11.1.1 沉淀法 207 11.1.2 浸渍法 210 11.1.3 离子交换法 213 11.1.4 混合法 214 11.1.5 熔融法 214 11.2 固体催化剂的新制备方法 215 11.2.1 溶胶-凝胶法 215 11.2.2 水热/溶剂热法 216 11.2.3 微乳液法 219 11.2.4 自组装法 221 11.2.5 化学气相沉积法 222 11.2.6 高温液相分解法 222 11.3 固体催化剂的成型与再生 222 11.3.1 催化剂成型 222 11.3.2 催化剂活化 224 11.3.3 催化剂再生 227 11.3.4 催化剂分离与回收 228 11.4 催化剂制备技术新进展 230 11.4.1 微波技术 230 11.4.2 等离子体技术 230 11.4.3 原子层沉积技术 231 思考题 231 第12章 固体催化剂表征技术 232 12.1 固体催化剂的宏观物性测定 232 12.1.1 固体催化剂的比表面积测定 232 12.1.2 固体催化剂的孔结构测定 235 12.1.3 固体催化剂的机械强度测定 237 12.2 固体催化剂的微观结构表征 238 12.2.1 X射线衍射分析法 238 12.2.2 电子显微技术 242 12.2.3 光电子能谱法 246 12.2.4 红外光谱技术 256 12.2.5 核磁共振方法 261 12.3 固体催化剂的性能表征 263 12.3.1 热分析法 263 12.3.2 程序升温技术 265 12.3.3 分子探针-红外光谱法 267 12.4 固体催化剂的活性、选择性及寿命评价 269 12.4.1 催化剂的活性及选择性评价 269 12.4.2 催化剂的寿命评价 272 思考题 272 参考文献 274