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第1章 绪论1

1.1 课程的性质和任务1

1.2 课程的主要内容2

1.3 工业催化的发展简史3

1.3.1 催化概念的诞生3

1.3.2 基础化工催化工艺的开发期3

1.3.3 炼油和石油化工工业的蓬勃发展时期4

1.3.4 合成高分子材料工业的兴起4

1.3.5 择形催化与新一代石油炼制工业5

1.3.6 手性催化与制药工业6

1.4 初版发行以来催化发展的新领域7

1.4.1 环境保护和环境友好的催化技术7

1.4.2 新能源开发的催化技术8

1.4.3 新材料合成的催化技术和新型催化材料9

1.4.4 生物催化技术12

1.4.5 手性催化技术13

1.4.6 组合催化技术和催化剂高通量合成评选14

1.4.7 纳米催化技术16

1.4.8 微化学反应体系中的催化技术17

1.5 工业催化参考文献简介18

第2章 催化作用与催化剂20

2.1 催化作用的定义与特征20

2.1.1 定义20

2.1.2 特征21

2.2 催化剂的组成与载体的功能22

2.2.1 催化剂的组成22

2.2.2 载体的功能24

2.3 对工业催化剂的要求27

2.3.1 活性和选择性指标27

2.3.2 稳定性和寿命指标28

2.3.3 环境友好和自然界的相容性29

2.4 均相催化剂的特征30

2.4.1 “均相”中的分子分散30

2.4.2 催化基元反应步骤30

2.4.3 络合均相催化的工业应用案例30

第3章 吸附作用与多相催化33

3.1 固体催化剂的结构基础33

3.1.1 点阵结构与对称操作33

3.1.2 晶面及其标记34

3.1.3 填充分数36

3.1.4 表面层外气-固界层的结构38

3.1.5 催化剂载体的结构38

3.1.6 体相和表相结构的不完整性39

3.2 多相催化的反应步骤40

3.2.1 外扩散与外扩散系数41

3.2.2 内扩散与内扩散系数41

3.2.3 反应物分子的化学吸附42

3.2.4 表面反应43

3.2.5 产物的脱附43

3.3 吸附等温线43

3.3.1 简单的Langmuir吸附等温式44

3.3.2 解离吸附的Langmuir等温式45

3.3.3 竞争吸附的Langmuir等温式45

3.3.4 非理想的吸附等温式46

3.3.5 Brunauer-Emmett-Teller吸附等温式（BET公式）46

3.4 金属表面上的化学吸附47

3.4.1 化学吸附研究用的金属表面47

3.4.2 金属表面上分子的吸附态47

3.4.3 分子在金属上的活化及其吸附强度48

3.4.4 金属表面上化学吸附的应用49

3.5 氧化物表面上的化学吸附51

3.5.1 半导体氧化物上的化学吸附51

3.5.2 绝缘体氧化物上的化学吸附52

3.5.3 氧化物表面积的测定52

3.6 分子表面化学52

3.6.1 单分子研究的方法与设备53

3.6.2 洁净固体表面的集合结构特征（TSK——台阶-梯步-拐折模型）53

3.6.3 洁净固体表面的弛豫和重构54

3.6.4 吸附单分子层的有序化、分子有序化膜的自组装及应用55

第4章 各类催化剂及其催化作用58

4.1 酸碱催化剂及其催化作用58

4.1.1 固体酸、碱的定义和分类58

4.1.2 固体表面的酸碱性质及其测定59

4.1.3 酸、碱中心的形成与结构62

4.1.4 固体酸、碱的催化作用65

4.1.5 超强酸及其催化作用67

4.1.6 超强碱及其催化作用69

4.1.7 杂多化合物及其催化作用70

4.1.8 离子交换树脂催化剂及其催化作用73

4.2 非纳米分子筛催化剂及其催化作用75

4.2.1 分子筛的结构构型75

4.2.2 分子筛催化剂的催化性能与调变79

4.2.3 中孔分子筛催化剂及其催化作用83

4.3 金属催化剂及其催化作用85

4.3.1 金属和金属表面的化学键85

4.3.2 金属催化剂催化活性的经验规则89

4.3.3 负载型金属催化剂的催化活性90

4.3.4 金属簇状物催化剂92

4.3.5 合金催化剂及其催化作用92

4.3.6 非晶态合金催化剂及其催化作用93

4.3.7 金属膜催化剂及其催化作用95

4.4 金属氧化物和硫化物催化剂及其催化作用97

4.4.1 概述97

4.4.2 半导体的能带结构及其催化活性98

4.4.3 氧化物表面的M＝O性质与催化剂活性、选择性的关联100

4.4.4 复合金属氧化物催化剂的结构化学102

4.4.5 金属硫化物催化剂及其催化作用105

4.5 络合催化剂及其催化作用108

4.5.1 概述108

4.5.2 过渡金属离子的化学键合109

4.5.3 络合催化中的关键反应步骤109

4.5.4 络合催化循环112

4.5.5 配位场的影响116

4.5.6 均相络合催化剂的固相化技术117

第5章 环境保护催化与环境友好催化技术121

5.1 环境经济的提出和环境友好概念的产生121

5.2 空气污染治理的催化技术122

5.2.1 动态源的净化处理和三效催化剂122

5.2.2 静态源的净化处理催化技术125

5.3 工业废液的催化净化技术（CWAO）127

5.3.1 废水对环境的冲击127

5.3.2 催化处理趋于废弃物最少128

5.3.3 WAO和CWAO128

5.4 大气层保护与催化技术130

5.4.1 保护臭氧层的催化技术130

5.4.2 控制温室效应气体排放的催化技术131

5.5 环境友好的催化技术132

5.5.1 “零排放”与绿色化学132

5.5.2 “原子经济”、“E因子”与绿色化工生产134

5.5.3 环境友好催化技术的案例分析135

5.6 光催化在环境科学中的应用和光催化环保功能材料137

5.6.1 环境光催化——光催化裂解过程137

5.6.2 光催化环保功能材料138

第6章 未来能源和燃料工业用催化技术139

6.1 当前能源的结构及存在的问题139

6.2 能源、能源载体和转换路线139

6.3 资源和环境对能源开发的制约140

6.4 经洁净技术处理的清洁能源141

6.5 天然气能源143

6.6 氢能与“氢经济”145

6.6.1 氢的生产、贮存和运输145

6.6.2 “氢经济”147

6.7 燃料电池147

6.7.1 燃料电池的工作原理147

6.7.2 电极反应148

6.7.3 燃料电池的类型149

6.7.4 燃料电池的应用前景151

6.8 煤的新作用151

6.8.1 中国的煤基醇、醚燃料路线152

6.8.2 美国“Vision 21”化石能源计划152

6.8.3 丹麦Topsoc公司的强制合成与IGCC组合能源方案153

6.9 生物质能源154

第7章 新材料合成用催化技术和具有突异催化性能的新材料156

7.1 茂金属聚合催化剂与新型聚合物材料156

7.1.1 茂金属催化剂的类型与结构156

7.1.2 茂金属催化剂的特征158

7.1.3 茂金属催化剂的使用情况158

7.1.4 聚合新材料的结构特征158

7.2 非茂后过渡金属烯烃聚合催化剂的研究进展160

7.2.1 阳离子型双亚胺后过渡金属催化剂160

7.3 有序的介孔催化材料161

7.4 非晶态合金催化材料163

7.5 膜催化材料163

第8章 生物催化技术164

8.1 生物催化剂的类别164

8.2 生物催化反应的特征164

8.3 酶的系统分类和系统命名165

8.4 酶的功能与反应动力学166

8.5 影响酶催化反应的多种因素168

8.6 生物催化技术的应用与意义168

8.6.1 生物催化剂在手性技术中的应用169

8.6.2 酶催化在能源和环保中的应用170

8.7 生物催化的发展趋势171

第9章 工业催化剂的制备与使用173

9.1 工业催化剂的制备173

9.1.1 沉淀法174

9.1.2 浸渍法183

9.1.3 混合法190

9.1.4 离子交换法191

9.1.5 熔融法191

9.2 催化剂制备技术的新进展192

9.2.1 微乳液技术192

9.2.2 溶胶-凝胶技术196

9.2.3 超临界技术202

9.2.4 膜技术203

9.3 工业催化剂的使用206

9.3.1 运输、贮存与填装206

9.3.2 升温与还原208

9.3.3 开、停车及钝化208

9.3.4 催化剂的使用、失活与再生209

第10章 工业催化剂的设计214

10.1 工业催化剂的设计方法214

10.1.1 催化剂设计的框图程序215

10.1.2 催化剂主要组分的设计217

10.1.3 催化剂次要组分的设计219

10.2 催化剂的类型设计法220

10.2.1 块状金属催化剂220

10.2.2 负载金属催化剂222

10.3 计算机辅助催化剂设计简介229

10.4 固体催化剂设计的新思路230

10.4.1 借用酶催化原理于非生物质固体催化材料合成的设计思路230

10.4.2 利用组合技术设计和开发催化剂231

10.4.3 固体催化剂的构件组装233

第11章 工业催化剂的评价与宏观物性的测试235

11.1 催化剂活性测试的基本概念235

11.1.1 活性测试的目标235

11.1.2 实验室活性测试反应器的类型及应用236

11.2 催化剂活性的测定248

11.2.1 影响催化剂活性测定的因素248

11.2.2 测定活性的试验方法250

11.2.3 活性测试的实例251

11.3 催化剂的宏观物性及其测定253

11.3.1 催化剂的表面积及其测定254

11.3.2 催化剂的孔结构及其测定257

11.3.3 催化剂机械强度的测定263

11.4 催化剂抗毒性能的评价266

11.5 工业催化剂寿命的考察266

11.5.1 影响催化剂寿命的因素266

11.5.2 催化剂寿命的测试267

第12章 催化剂表征的现代物理方法简介270

12.1 气相色谱技术270

12.1.1 程序升温脱附法270

12.1.2 程序升温还原法272

12.1.3 氢氧滴定脉冲色谱法272

12.2 热分析法273

12.2.1 差热分析法273

12.2.2 热重分析法274

12.2.3 差示扫描量热法274

12.2.4 热分析在催化研究中的应用275

12.3 X射线衍射分析法275

12.4 光谱法276

12.4.1 红外吸收光谱法277

12.4.2 拉曼光谱法277

12.5 显微分析法278

12.5.1 扫描电镜法278

12.5.2 透射电镜法279

12.5.3 扫描隧道显微镜法279

12.5.4 原子力显微镜280

12.5.5 显微技术在催化剂研究中的应用281

12.6 能谱法281

12.6.1 俄歇电子能谱法281

12.6.2 X射线光电子能谱法281

12.6.3 紫外光电子能谱法282

12.7 核磁共振法283

12.8 穆斯堡尔谱284

参考文献285