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第1章 绪论1

1.1催化剂1

1.1.1催化剂的定义1

1.1.2催化剂的组成2

1.2催化反应3

1.2.1均相催化3

1.2.2多相催化3

1.2.3生物催化3

1.2.4催化反应热力学和动力学3

1.3催化剂评价指标和表征方法5

1.3.1催化剂评价指标5

1.3.2催化剂表征方法7

参考文献8

第2章 催化剂评价9

2.1催化剂活性和选择性评价9

2.1.1催化剂活性和选择性9

2.1.2催化剂评价装置12

2.1.3催化剂的活性和选择性评价实例13

2.2催化剂稳定性和寿命评价26

2.2.1催化剂稳定性和寿命26

2.2.2催化剂稳定性评价实例29

参考文献37

第3章 催化剂结构与性能表征40

3.1催化剂密度40

3.1.1表观堆积密度40

3.1.2表观颗粒密度41

3.1.3真密度41

3.2催化剂颗粒分析42

3.2.1颗粒尺寸42

3.2.2平均粒径、粒径分布42

3.2.3粒度分析注意事项43

3.2.4粒度分析方法44

3.3孔结构44

3.3.1吸附平衡等温线44

3.3.2比表面测试表征45

3.3.3孔结构表征46

3.3.4介孔分子筛孔结构表征48

3.3.5分子筛吸附技术应用49

3.3.6物理吸附仪器简介54

3.4机械强度55

3.4.1压缩与拉伸强度55

3.4.2横向断裂强度56

3.4.3抗压碎强度56

3.4.4冲击强度57

3.4.5抗机械磨损和磨耗性能57

3.5离子液体催化剂的结构表征58

3.5.1离子液体的熔点58

3.5.2离子液体的密度和黏度59

3.5.3离子液体的酸碱性59

3.5.4离子液体的导电性和电化学窗口60

3.5.5离子液体的热稳定性和化学稳定性60

3.5.6离子液体的结构测定61

3.6催化剂表征技术简介61

3.6.1显微分析法61

3.6.2热分析技术64

3.6.3程序升温分析技术65

3.6.4X射线衍射分析法66

3.6.5电子能谱技术66

3.6.6分子光谱法67

3.6.7共振谱技术69

3.6.8原位技术70

参考文献72

第4章 热分析技术74

4.1热分析技术简介74

4.1.1热分析技术的概念74

4.1.2热分析技术的发展74

4.1.3热分析技术的分类74

4.2几种常见的热分析技术75

4.2.1差热分析法（DTA）75

4.2.2差示扫描量热法（DSC）76

4.2.3热重法（TG）78

4.3热分析联用技术79

4.3.1热分析与质谱联用80

4.3.2热分析与傅里叶红外光谱联用80

4.3.3热分析与气相色谱联用80

4.3.4热分析技术之间联用80

4.4热分析在催化研究中的应用81

4.4.1催化剂制备条件的选择81

4.4.2催化剂组成的确定84

4.4.3活性组分单层分散阈值的确定85

4.4.4研究活性金属离子的配位状态及其分布87

4.4.5研究活性组分与载体的相互作用88

4.4.6固体催化剂表面酸碱性表征88

4.4.7离子液体的热稳定性表征89

参考文献91

第5章 化学吸附与程序升温技术93

5.1化学吸附技术93

5.1.1化学吸附的基本原理94

5.1.2化学吸附的特点及其在催化研究中的应用97

5.1.3吸附热的研究在催化研究中的应用98

5.1.4吸附速度与吸附活化能在催化研究中的应用99

5.1.5化学吸附法测定催化剂表面“活性基团”原子数的方法99

5.1.6应用化学吸附进行研究中的几个问题100

5.1.7化学吸附研究方法的展望100

5.2程序升温分析技术100

5.2.1程序升温脱附（TPD）101

5.2.2程序升温还原（TPR）105

5.2.3程序升温氧化（TPO）107

5.2.4程序升温硫化（TPS）107

5.2.5程序升温表面反应（TPSR）108

5.2.6程序升温技术在其他方面的应用109

5.3结语110

5.4程序升温图谱应用110

参考文献121

第6章 X射线衍射技术124

6.1晶体学基础124

6.2晶体的X射线衍射基础126

6.2.1X射线衍射方向126

6.2.2粉末法的X射线衍射强度128

6.2.3多晶X射线衍射129

6.3多晶X射线衍射技术131

6.3.1定性相分析131

6.3.2定量相分析132

6.3.3晶粒尺寸和微观应力的计算134

6.3.4结晶度的测定135

6.3.5残余应力的测定136

6.3.6小角X射线散射（SAXS）137

6.3.7薄膜试样的测定138

6.3.8高、低温原位分析139

6.3.9X射线吸收精细结构谱分析139

6.3.10Rietveld方法衍射峰形拟合139

6.4X射线衍射技术在催化剂研究中的应用140

6.4.1在沸石分子筛催化剂研究中的应用140

6.4.2在介孔材料研究中的应用143

6.4.3在负载型／复合型催化剂研究中的应用146

6.4.4在非晶态合金催化剂研究中的应用151

6.4.5在插层组装结构催化剂研究中的应用151

6.4.6晶粒尺寸及微观应力的实验及计算154

参考文献156

第7章 电子显微技术与X射线能谱技术159

7.1电子显微镜概述159

7.2扫描电子显微镜159

7.2.1扫描电子显微镜的工作原理159

7.2.2扫描电子显微镜的构造与特点159

7.2.3扫描电子显微镜的操作程序161

7.2.4扫描电子显微镜在催化剂研究领域的应用162

7.3透射电子显微镜（TEM）169

7.3.1透射电子显微镜的工作原理169

7.3.2透射电子显微镜的构造与特点171

7.3.3透射电子显微镜的操作程序171

7.3.4透射电子显微镜在催化剂研究中的应用172

7.4其他电子显微技术及其在催化剂研究中的应用177

7.4.1分析电子显微镜（AEM）177

7.4.2扫描透射电子显微镜（STEM）180

7.4.3扫描探针显微镜（SPM）180

参考文献181

第8章 光谱技术183

8.1红外光谱技术183

8.1.1红外光谱的基本原理183

8.1.2红外光谱仪185

8.1.3红外光谱在催化剂表征的应用185

8.2紫外光谱技术194

8.2.1概述194

8.2.2紫外漫反射光谱工作原理195

8.2.3仪器195

8.2.4标准物的选择196

8.2.5样品的处理196

8.2.6影响漫反射光谱的因素197

8.2.7在催化剂表征中的应用197

8.2.8小结202

8.3拉曼光谱技术202

8.3.1拉曼散射的经典理论202

8.3.2拉曼散射的量子理论203

8.3.3激光拉曼光谱仪203

8.3.4新拉曼光谱技术在催化研究中的应用204

参考文献216

第9章 电子能谱技术219

9.1电子能谱的基本原理219

9.2X射线光电子能谱（XPS）221

9.2.1谱图特征221

9.2.2XPS谱图分析技术222

9.2.3XPS在催化研究中的应用225

9.3紫外光电子能谱（UPS）230

9.3.1谱图特征230

9.3.2振动精细结构231

9.3.3自旋-轨道偶合232

9.3.4自旋-自旋偶合233

9.3.5 UPS在催化研究中的应用234

9.4俄歇电子能谱（AES）234

9.4.1俄歇过程和俄歇电子能量235

9.4.2俄歇谱图235

9.4.3化学效应236

9.4.4俄歇电子能谱的应用237

参考文献240

第10章 固体核磁共振技术242

10.1核磁共振技术242

10.2固体高分辨核磁共振技术242

10.3固体高分辨NMP技术在多相催化剂研究中的应用245

10.3.1 29SiMASNMR研究245

10.3.2 27A1MASNMR研究246

10.3.3其他核研究247

10.4固体高分辨NMR在催化剂酸性表征中的应用249

10.4.1 1HMASNMR研究催化剂表面酸性249

10.4.2采用吸附剂研究催化剂表面酸性250

10.5固体高分辨NMR技术在多相催化反应研究中的应用253

10.5.1固体高分辨NMR技术在多相催化反应研究中的应用253

10.5.2催化反应过程中催化剂结构变化的研究253

10.5.3研究分子筛晶体孔道中吸附有机物的化学状态254

10.5.4确认活性中心255

10.6超极化12.Xe核磁共振技术及其在多孔催化材料表征中的应用255

10.6.1孔结构研究256

10.6.2探测多孔材料中客体物种的分布257

10.6.3吸附与扩散行为的研究258

10.6.4原位反应过程的检测258

10.7固体高分辨NMR技术研究催化剂失活258

10.7.1 13 C MAS NMR研究分子筛结炭258

10.7.2 2s Si和27 A1 MAS NMR研究分子筛结炭259

10.7.3 1 H MAS NMR研究分子筛结炭260

10.8原位固体高分辨NMR技术261

10.9结束语262

参考文献262

第11章 电子顺磁共振技术264

11.1电子顺磁共振原理264

11.2 EPR在催化研究中的应用265

11.2.1吸附物种的确定266

11.2.2表面活性中心的表征267

11.2.3金属氧化物载体Tammann温度的测定269

11.2.4催化剂中金属离子间的电子传递270

11.2.5催化剂活性中心中毒研究270

11.2.6表面顺磁物种的动态性质271

11.2.7催化反应动力学研究271

11.3原位EPR技术272

11.4结语274

参考文献274

第12章 计算机模拟技术276

12.1催化剂理论研究计算方法276

12.1.1量子力学法276

12.1.2分子力学方法281

12.1.3分子动力学模拟282

12.1.4 MonteCarlo模拟方法283

12.1.5量子力学／分子力学组合方法284

12.2催化剂模型研究286

12.2.1有机小分子催化模型286

12.2.2气-固相吸附催化模型289

12.2.3团簇催化模型292

12.2.4层状催化模型294

12.2.5配合物催化模型297

12.3催化机理计算300

12.3.1催化机理计算实例1300

12.3.2催化机理计算实例2302

12.4催化剂设计计算305

12.4.1传统的催化剂设计方法305

12.4.2反应工程与催化剂的设计306

12.4.3专家系统设计306

12.4.4人工神经网络设计307

12.4.5计算机分子水平设计307

12.4.6催化剂设计考虑的因素308

12.4.7催化剂设计实例308

参考文献312