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第1章 催化剂与催化作用基本知识1

1.1 催化作用的特征1

1.1.1 催化剂和催化作用的定义1

1.1.2 催化作用不能改变化学平衡1

1.1.3 催化作用通过改变反应历程而改变反应速度2

1.1.4 催化剂对加速化学反应具有选择性3

1.2 催化反应和催化剂的分类4

1.2.1 催化反应分类4

1.2.2 催化剂分类6

1.3 固体催化剂的组成与结构7

1.3.1 固体催化剂的组成7

1.3.2 固体催化剂的结构9

1.4 催化剂的反应性能及对工业催化剂的要求11

1.4.1 催化剂的反应性能11

1.4.2 对工业催化剂的要求13

1.5 多相催化反应体系的分析14

1.5.1 多相催化反应过程的主要步骤14

1.5.2 多相催化反应中的物理过程14

1.5.3 多相催化反应的化学过程16

1.5.4 多相催化反应的控制步骤18

参考文献18

第2章 催化剂的表面吸附和孔内扩散19

2.1 催化剂的物理吸附与化学吸附19

2.1.1 物理吸附与化学吸附19

2.1.2 吸附位能曲线20

2.1.3 吸附在多相催化反应中的作用22

2.2 化学吸附类型和化学吸附态22

2.2.1 化学吸附的类型22

2.2.2 化学吸附态24

2.3 吸附平衡与等温方程28

2.3.1 等温吸附线28

2.3.2 等温方程28

2.4 催化剂的表面积及其测定31

2.4.1 BET法测定比表面积32

2.4.2 色谱法测定比表面积34

2.5 催化剂的孔结构与孔内扩散34

2.5.1 催化剂的孔结构35

2.5.2 催化剂的孔内扩散38

参考文献40

第3章 酸碱催化剂及其催化作用41

3.1 酸碱催化剂的应用及其分类41

3.1.1 酸碱催化剂的应用41

3.1.2 酸碱催化剂的分类41

3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成42

3.2.1 酸碱定义42

3.2.2 酸碱中心的形成43

3.3 固体酸性质及其测定48

3.3.1 固体酸性质48

3.3.2 固体酸表面酸性质的测定48

3.3.3 超强酸51

3.4 酸碱催化作用及其催化机理52

3.4.1 均相酸碱催化52

3.4.2 多相酸碱催化56

3.5 沸石分子筛催化剂及其催化作用61

3.5.1 沸石分子筛的组成与结构61

3.5.2 沸石分子筛的特性65

3.5.3 沸石分子筛的酸碱催化性质及其调变66

3.5.4 沸石分子筛的择形催化作用70

3.6 典型酸催化剂催化反应剖析73

3.6.1 石油烃的催化裂化73

3.6.2 芳烃的异构化、歧化、烷基转移反应77

3.6.3 甲醇、合成气制汽油（MTG）、烯烃（MTO）和芳烃（MTA）79

参考文献81

第4章 金属催化剂及其催化作用83

4.1 金属催化剂的应用及其特性83

4.1.1 金属催化剂的应用83

4.1.2 金属催化剂的特性84

4.2 金属催化剂的化学吸附85

4.2.1 金属的电子组态与气体吸附能力间的关系85

4.2.2 金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系86

4.3 金属催化剂电子因素与催化作用的关系89

4.3.1 能带理论90

4.3.2 价键理论92

4.4 金属催化剂晶体结构与催化作用的关系94

4.4.1 金属催化剂的晶体结构94

4.4.2 晶体结构对催化作用的影响95

4.4.3 金属催化剂晶格缺陷和不均一表面对催化剂性能的影响101

4.5 负载型金属催化剂及其催化作用102

4.5.1 金属分散度与催化活性的关系102

4.5.2 金属催化反应的结构敏感行为104

4.5.3 金属与载体的相互作用105

4.5.4 负载金属催化剂的氢溢流现象106

4.6 合金催化剂及其催化作用107

4.6.1 合金的分类和表面富集108

4.6.2 合金的电子效应和几何效应与催化作用的关系109

4.7 金属催化剂催化作用的典型剖析111

4.7.1 合成氨工业催化剂111

4.7.2 乙烯环氧化工业催化剂114

4.7.3 催化重整工业催化剂116

参考文献118

第5章 过渡金属氧（硫）化物催化剂及其催化作用120

5.1 过渡金属氧（硫）化物催化剂的应用及氧化物的类型120

5.1.1 过渡金属氧（硫）化物催化剂的应用及其特点120

5.1.2 过渡金属氧化物催化剂的结构类型122

5.2 金属氧化物中的缺陷和半导体性质123

5.2.1 半导体的能带结构和类型124

5.2.2 n型和p型半导体的生成125

5.2.3 杂质对半导体催化剂费米能级Ef、逸出功φ和电导率的影响127

5.3 半导体催化剂的化学吸附与半导体电子催化理论128

5.3.1 半导体催化剂的化学吸附128

5.3.2 氧化物催化剂的半导体机理130

5.4 过渡金属氧化物催化剂的氧化-还原机理132

5.4.1 过渡金属氧化物催化剂的金属-氧键强度对催化反应的影响132

5.4.2 金属氧化物催化剂氧化还原机理135

5.5 过渡金属氧化物中晶体场的影响137

5.5.1 过渡金属氧化物晶体场稳定化能138

5.5.2 晶体场稳定化能对催化作用的影响140

5.6 过渡金属氧化物催化剂典型催化过程分析143

5.6.1 钼铋系复氧化物催化剂催化的丙烯氨氧化制丙烯腈143

5.6.2 钒系复氧化物催化剂催化C4烃选择氧化制顺酐146

5.6.3 尖晶石型复氧化物催化剂催化乙苯脱氢制苯乙烯147

5.6.4 氧化钴（镍）-氧化钼（钨）临氢脱硫催化剂催化作用149

参考文献150

第6章 络合催化剂及其催化作用152

6.1 络合催化剂的应用及化学成键作用152

6.1.1 络合催化剂的应用152

6.1.2 过渡金属络合物化学成键作用153

6.2 络合物催化剂的形成与络合物的反应154

6.2.1 过渡金属d电子组态与络合物配位数的关系154

6.2.2 络合物催化剂中常见的配位体及其分类155

6.2.3 络合物氧化加成与还原消除反应156

6.2.4 配位体取代反应和对位效应157

6.2.5 σ-π型配位体的重排、插入与转移反应159

6.3 络合空位的形成、反应物的活化和络合催化剂的调变160

6.3.1 络合空位的形成160

6.3.2 反应物的活化161

6.3.3 络合物催化剂的调变163

6.4 络合催化机理及络合催化实例分析164

6.4.1 络合催化的一般机理164

6.4.2 络合物催化剂的催化作用实例分析165

6.5 络合催化剂的固相化及金属原子簇催化剂174

6.5.1 均相络合催化剂的优缺点174

6.5.2 均相络合催化剂的固相化175

6.5.3 金属原子簇催化剂175

参考文献177

第7章 催化剂的选择、制备、使用与再生179

7.1 催化剂的选择分类179

7.1.1 现有催化剂的改进179

7.1.2 利用廉价原料研制开发化工产品所需催化剂180

7.1.3 为化工新产品和环境友好工艺的开发而研制催化剂181

7.2 选择催化剂常用方法182

7.2.1 利用元素周期表进行催化剂活性组分的选择182

7.2.2 利用催化功能组合构思催化剂184

7.3 催化剂的制备与催化剂的预处理185

7.3.1 催化剂制备的主要方法185

7.3.2 催化剂的预处理（活化）189

7.4 催化剂的失活与再生192

7.4.1 催化剂中毒192

7.4.2 催化剂的烧结195

7.4.3 催化剂的积碳196

7.4.4 催化剂的再生197

参考文献198

第8章 环境催化199

8.1 环境催化的特点和研究内容199

8.2 机动车尾气净化催化技术201

8.2.1 汽油机尾气净化催化技术201

8.2.2 柴油机汽车204

8.3 排烟脱硫、脱氮技术205

8.3.1 催化脱除NOx205

8.3.2 催化脱除SOx207

8.3.3 同时催化脱除SOx和NOx209

8.4 催化燃烧209

8.5 CO2和氯氟烃（CFCs）的催化治理210

8.5.1 CO2的催化利用210

8.5.2 氯氟烃的催化治理211

8.6 水污染治理212

8.6.1 反应机理212

8.6.2 半导体光催化剂213

8.6.3 光催化反应器213

8.7 清洁燃料的生产和环境友好催化技术的开发214

8.7.1 清洁汽油、柴油的开发214

8.7.2 生物柴油219

8.7.3 环境友好催化剂及催化技术的开发221

参考文献225

总习题227

总习题参考答案236