內容簡介
本書內容精練,全麵、係統地闡述瞭催化工藝開發過程中所涉及的基礎問題。
全書共分4個部分。前三章為通論部分,即從催化的發展曆史、現代催化工業和以化學為基礎概括齣的共識三個層麵,總括瞭催化的現代成就和水平。第四至九章分類闡述瞭均相(酸、堿催化,配位催化)催化劑、生物(酶)催化劑、金屬(閤金)催化劑、酸�布鈈脫躉�物催化劑和氧化�不乖�型氧化物催化劑等各自的特徵和作用本質。第十章根據催化劑的織構、結構和錶麵性質,扼要介紹瞭測定這些性質的一些有代錶性的錶徵方法。最後,在催化劑的製備(第十一章)和催化反應工藝(第十二章)中,分彆探討瞭有望優化實際使用中的催化劑性能的途徑。
本書可供科研院所、企業、高等院校中從事與催化有關的研究人員參考,也可作為高等院校本科學生、研究生教學之用。
內頁插圖
目錄
於中國科學院長春應用化學研究所
第一章 催化科學和技術的發展簡史
第一節 催化概念的産生和形成(1800~1900年)
第二節 與工業有關的重要催化過程的開發
一、重無機化學工業中的催化過程(1860~1940年)
二、與石油煉製工業有關的催化過程(1930~1960年)
三、催化作用的物理化學基礎(1860~1940年)
第三節 錶麵物理的衝擊和新實驗方法的誕生(1945~1965年)
第四節 經典的多相催化反應機理(1950~1980年)
第五節 錶麵敏感光譜學及其對催化的衝擊(1970~1999年)
第六節 固態化學和多相催化劑的設計(1975~1999年)
第七節 開發中的新催化過程(1975~1999年)
一、多相催化中的手性反應
二、環保和能源催化(1950~1999年)
第八節 與催化有關的諾貝爾化學奬
參考文獻
第二章 工業中的重要催化過程
第一節 重無機化學工業中的催化過程
一、氨的閤成
二、硝酸的製造
三、硫酸的生産
第二節 石油煉製中的催化過程
一、流態化催化裂解(FCC)
二、催化重整
三、低碳烷烴的異構
四、加氫處理過程
第三節 石油化工過程中的催化
一、同時生産苯乙烯和環氧丙烷(SMPO法)
二、由丁烷或苯生産順丁烯二酸酐
三、丙烯氨氧化製丙烯腈
第四節 閤成高分子材料工業
一、全同(立構)聚丙烯(聚乙烯)
二、閤成縴維尼龍��6原料己內酰胺的生産
第五節 以閤成氣(CO+H2)為原料的催化過程
一、閤成甲醇
二、由甲醇羰基化閤成乙酸
三、低碳烯烴氫甲酰化閤成低碳醇
第六節 生物催化技術
一、亮氨酸的製備
二、除蟲菊的製備
三、6�舶被�青黴烷酸(6�睞PA)的生産
第七節 環保催化
一、控製機動車排放尾氣的淨化催化劑
二、水質淨化中的光催化作用
第八節 與開發新能源有關的催化技術
一、燃料電池
二、水光解製氫
第九節 展望:綠色催化
參考文獻
第三章 催化作用的化學基礎
第一節 催化反應和催化劑
一、催化反應和催化劑的分類
二、催化劑在化學反應中的作用
第二節 催化劑作用的化學本質
一、反應分子(底物)的活化
二、催化劑的失活和再生
三、化學反應的電子概念
四、基元化學反應機理
五、晶體場和配位場理論簡介
第三節 催化中的物理化學
一、催化反應熱力學
二、催化反應動力學
三、催化劑結構對催化性能的影響
參考文獻
第四章 均相催化:酸、堿催化及配位催化
第一節 酸、堿催化劑及其作用機理
一、酸、堿的定義
二、一般酸、堿催化反應
三、特殊酸、堿催化反應
四、一般酸、堿和特殊酸、堿催化反應的區彆
五、酸、堿協同催化反應
六、Br�塶sted法則
七、Lewis酸、堿催化反應
第二節 配閤物催化劑及其作用機理
一、配閤物催化劑
二、配閤物催化劑的作用特點
三、配位催化中的基元反應
第三節 有代錶性的重要均相催化劑
一、α�蠶┨�聚閤均相配閤物催化劑
二、水溶液金屬有機化學:雙相催化
參考文獻
第五章 生物催化劑(酶)及其催化作用
第一節 酶的組成、結構和功能簡介
一、酶的分類和命名
二、酶的催化功能與特點
三、酶的化學組成
四、酶的結構
第二節 酶反應——典型的配位催化作用
第三節 由酶的催化作用獲得的啓迪
一、活性部位的組成和構型
二、催化作用力——互補原理
三、催化作用機理
四、催化劑活性的調節和控製——變構效應
第四節 生物催化劑(酶)的工業應用
一、采用生物催化工藝的依據
二、生物催化劑的應用領域
三、結論和展望
參考文獻
第六章 多相催化劑(固體):錶麵功能化的材料
第一節 錶麵結構
一、潔淨錶麵的結構
二、再構錶麵和吸附質的結構
三、固體的能帶結構
四、固體的振動
第二節 物理吸附、化學吸附和吸附動態學
一、相互作用的類型
二、鍵閤部位的擴散
三、物理吸附
四、非解離化學吸附
五、解離化學吸附(H2在簡單的金屬上)
六、決定金屬反應性的因素
七、吸附/脫附中的微觀可逆性
第三節 過渡金屬氧化物催化劑的分子描述
一、體相過渡金屬氧化物和含氧鹽
二、不同錶麵氧物種的催化作用
三、在氧化物載體上澱積的過渡金屬離子
參考文獻
第七章 金屬(閤金)催化劑
第一節 金屬催化劑的特徵
第二節 過渡金屬的催化作用
一、過渡金屬催化作用中的幾何因素
二、過渡金屬催化作用中的能量因素
第三節 閤金的催化作用:集團效應和配體效應
第四節 載擔型金屬催化劑
一、晶粒大小及其分布
二、金屬和載體之間的相互作用
三、金屬幫助的酸催化:酸和金屬催化在反應機理上的共性
第五節 金屬催化劑上的反應
一、和氫轉移有關的烴類轉化反應
二、氨的閤成
三、氧化反應
四、CO+H2轉化(F�睺閤成)
參考文獻
第八章 金屬氧化物催化劑(一)——酸�布鈈�
第一節 固體酸和固體堿
一、簡單固體酸和固體堿
二、混閤氧化物固體酸和固體堿
三、復閤氧化物固體酸和固體堿
第二節 有重要實際意義的固體酸、堿催化反應
一、石油裂解
二、擇形催化
三、由甲醇製烴(MTG)
四、以沸石為基礎的開發中的催化劑
參考文獻
第九章 金屬氧化物催化劑(二)——氧化�不乖�型
第一節 氧化�不乖�型氧化物催化劑的特點
第二節 氧化�不乖�型氧化物的協閤效果
一、固溶體及其催化作用
二、復閤氧化物及其催化作用
第三節 重要氧化�不乖�型工業催化劑舉例——多種活性組分的協閤作用
一、烯烴氧化的催化過程及工業催化劑
二、催化劑的作用機理
三、不同組分的功能
四、單相還是多相
參考文獻
第十章 催化劑的錶徵
第一節 催化劑織構的錶徵
一、固體催化劑的形態——孔、孔分布、錶麵積和密度
二、測定固體催化劑形態特徵的技術和方法
三、擔載金屬——金屬的錶麵積、分散度和晶粒大小
四、固體催化劑的錶麵酸性和堿性
五、程序升溫技術(TPR、TPD、TPO和TPRS)
第二節 催化劑結構的錶徵
一、粉末(多晶)X射綫衍射
二、電子顯微鏡
三、紅外光譜
四、熱分析技術
五、紫外�部杉��步�紅外(UV�睼is�睳IR)光譜
第三節 錶麵光譜技術
一、電子光(能)譜
二、離子光(能)譜
三、結論和展望
參考文獻
第十一章 催化劑的製備
第一節 結構單一的催化劑和載體
一、簡單氧化物和單質
二、復閤氧化物催化劑及載體
第二節 擔載型催化劑的製備化學
第三節 固體催化材料的成型
參考文獻
第十二章 催化反應工藝
第一節 工業催化反應器概述
一、間隙式反應器
二、用於氣�慘悍從Φ牧�續流動反應器(均相催化)
三、用於固體催化反應的連續流動反應器
第二節 理想的反應器:數學描述
一、間歇式反應器
二、活塞流反應器(PFR)
三、連續流攪拌槽反應器(CSTR)
四、PFR和CSTR的比較
第三節 和傳輸結閤的反應
一、催化過程中物質的傳輸和傳遞
二、催化劑顆粒外部擴散(外擴散區)的限製
三、催化劑顆粒內部擴散(內擴散區)的限製
四、強孔性阻力區域內的反應行為
五、催化反應控製步驟的確定
參考文獻
編後語
精彩書摘
在這方麵已經研究過的一個例子是在雙液相生物反應器中的短鏈烯烴的環氧化。烯烴在水中的溶解是不好的,而産物環氧化物對生物催化劑又有毒(在這一情況下,整體細胞又因為需要輔因子再生),在這兩種考慮之下,防止細胞因集聚而失活和降低乳化,所以,固定化看來是需要的。通過對溶劑生物相容性的係統研究,終於産生瞭Lanne等的logP概念。在該基礎上,可以預測溶劑的毒性,在這一情況下P為化閤物(有機溶劑)在標準辛醇/水混閤物中的分配係數,通過“分解常數”法,即可相當方便和精確地計算齣P值。
在生物催化劑的動力學研究基礎上,進一步研究反應器的構型時,必須予以選擇標準型的還是新型的。這裏可用性、經驗、混閤程度以及傳質等都起著重要的作用。生物反應器的操作模式可以是(供料)間歇式的或者連續的,在作齣這個決定時,動力學、生物催化劑的穩定性和形狀、所需底物的轉化率和産物的濃度以及操作控製都起作用。
最後,通過整個決斷過程,還要考慮有關反應(如果超過一個反應)的總包過程的層次和過程的各個分步驟。
二、生物催化劑的應用領域
每一類酶都有各自的最重要的工業應用領域,錶5-15列齣瞭當今酶的重要應用領域。1995年國際上工業酶的銷售額估計為12億美元。此前,最重要的商業用提純酶是水解酶,90%以上的酶産品是由水解酶[如蛋白酶、脂(肪)酶、(半)縴維素酶]生産的。典型的用於大規模生産的有洗滌劑成型、食品和飼料以及紙漿和造紙等工業,其次是異構酶和裂解以及有明顯增長的氧化還原酶。現在世界上處於領先地位的有丹麥的NOVONordisk公司,接著是美國的Genencor公司,其它兩個重要的公司是荷蘭的Gist-Brocades和Quest,主要集中於食品和飼料酶方麵。
前言/序言
好的,這是一份關於一本名為《應用催化基礎》的書籍的詳細簡介,內容不涉及該書本身,並且力求自然流暢,不帶人工智能痕跡。 --- 《現代無機化學前沿進展》內容簡介 前言 在化學科學的廣闊圖景中,無機化學始終占據著核心與基礎的地位。它不僅構築瞭元素周期律的宏偉結構,更深入到材料科學、能源轉化乃至生命活動等多個前沿領域。本書《現代無機化學前沿進展》旨在係統梳理並深入探討21世紀以來無機化學領域湧現齣的重大突破、關鍵理論進展以及最具潛力的應用方嚮。我們緻力於為化學、材料學、物理學及相關工程領域的科研人員、研究生以及高級本科生提供一個全麵、深入且富有啓發性的參考讀物。 第一部分:基礎理論的深化與拓展 第一章:高精度計算化學在無機體係中的應用 本章聚焦於現代計算化學方法如何賦能無機化學研究。我們詳細介紹瞭密度泛函理論(DFT)的最新發展,特彆是針對過渡金屬絡閤物和團簇體係的改進泛函。內容涵蓋瞭如何精確描述電子轉移過程、激發態行為以及強關聯效應。討論瞭從頭算方法(如耦閤簇理論)在解析復雜無機反應機理中的優勢與挑戰。此外,我們探討瞭機器學習和人工智能算法如何加速高通量虛擬篩選和預測新型無機材料的結構與性質,實現從“計算驅動”到“智能設計”的轉變。 第二章:配位化學的新範式:非傳統配體與超分子結構 傳統配位化學多關注於經典的σ鍵和π鍵作用。本章拓展瞭視野,深入探討瞭非經典配位鍵的形成與調控,包括弱相互作用(如C-H活化、鹵鍵、芳烴-芳烴堆疊)在穩定新型結構中的作用。重點介紹瞭多孔配位聚閤物(CPs)和金屬-有機框架(MOFs)的構築模塊多樣化,特彆關注瞭手性MOFs、動態MOFs(Breathing MOFs)的閤成策略及其對選擇性吸附和分離的意義。同時,解析瞭基於幾何約束和拓撲學原理構建復雜超分子結構的設計思路。 第三部分:功能性無機材料的創新 第三章:二維(2D)材料的拓展與功能化 石墨烯的發現開啓瞭材料科學的二維時代。本章係統介紹瞭除石墨烯以外的代錶性二維材料,如過渡金屬硫化物(TMDs,如MoS2, WSe2)、磷烯、氮化硼(h-BN)及其衍生物。我們詳述瞭這些材料的獨特電子結構、優異的機械性能和光學特性。關鍵內容包括:如何通過化學氣相沉積(CVD)和機械剝離等技術控製層數和缺陷工程;如何利用錶麵改性、摻雜或構建異質結(Heterostructures)來調控其帶隙和電荷輸運性能,為光電器件和催化應用奠定基礎。 第四章:新型固態離子導體與儲能技術 隨著對可持續能源需求的激增,開發高性能固態電解質成為關鍵。本章聚焦於無機固態電池的電化學性能。內容涵蓋瞭高熵氧化物電解質、硫化物基固態電解質(如LGPS體係)的結構-擴散路徑關係。深入分析瞭界麵阻抗的形成機理,以及如何通過錶麵塗層技術或固/固界麵工程來解決鋰枝晶生長和界麵接觸不良的問題,旨在提升全固態鋰離子電池的能量密度和循環穩定性。 第四章:稀土與貴金屬的低維結構 本章探討瞭稀土元素和貴金屬(如鉑、鈀、金)在納米尺度下的光、電、磁性質。重點介紹瞭稀土摻雜的量子點(QDs)在生物成像和LED領域的應用,分析瞭其獨特的能級躍遷機製。對於貴金屬,我們詳細闡述瞭等離激元共振(Plasmon Resonance)在錶麵增強拉曼散射(SERS)和納米光熱治療中的應用。討論瞭如何通過精確控製納米顆粒的尺寸、形狀和錶麵配體,實現對其光學和催化性能的“量子尺寸效應”調控。 第三部分:無機化學在交叉學科中的突破 第五章:無機化學在光催化與電催化中的前沿應用 能源轉化是當前科學研究的熱點。本章聚焦於無機材料在將光能或電能轉化為化學能中的作用。詳細剖析瞭基於半導體氧化物(如TiO2、BiVO4)的析氫反應(HER)和析氧反應(OER)光催化劑的設計原理,包括缺陷工程對電荷分離效率的影響。在電催化方麵,重點分析瞭非貴金屬(如鐵、鈷、鎳)基氫氧化物和磷化物作為高效催化劑的結構特徵,以及其在二氧化碳還原(CO2RR)中的性能優化策略。 第六章:生物無機化學與仿生礦化 本章探討瞭無機化學原理在理解生命過程和模擬生物係統中的交叉應用。內容包括金屬酶活性中心的結構解析及其催化機理,特彆是氧化還原酶和含金屬輔因子酶。此外,詳細介紹瞭無機材料在仿生礦化領域的進展,例如模仿珍珠或骨骼的自組裝過程,利用磷酸鈣或矽酸鹽前驅體,精確控製無機相的形貌和生物活性,以開發新型生物醫用植入材料。 結語 《現代無機化學前沿進展》力求展現無機化學的活力與廣度,強調從基礎理論到前沿器件和生物應用的全鏈條式創新。本書不僅是對現有知識的係統總結,更是對未來十年無機化學發展方嚮的深刻洞察與展望。 ---