催化劑設(shè)計(jì)

前言

催化劑的研制，開發(fā)和應(yīng)用，日趨重要，但以往這方面的探索全憑經(jīng)驗(yàn)和頻繁的試驗(yàn)及篩選，很費(fèi)人力和時(shí)間。由于要求科學(xué)地和高效率地制備所需催化劑，縮小篩選范圍的這個(gè)目的，就促進(jìn)了《催化劑設(shè)計(jì)》新學(xué)科的產(chǎn)生。唐新碩教授在催化和結(jié)構(gòu)化學(xué)方面造詣很深，多次為研究生講授《催化劑設(shè)計(jì)》一課，不只效果極佳，且其內(nèi)容亦常為其他高校催化專業(yè)所借鑒?，F(xiàn)在他把其多年講授的心得和體會(huì)寫成專著出版，亦是對(duì)催化界的一大貢獻(xiàn)。實(shí)際上，唐教授在這方面的學(xué)術(shù)思想有些也寫在《有機(jī)催化》（上海科技出版社出版）一書內(nèi)。他是《有機(jī)催化》專著的主要編著成員之一。在某種意義上說，《催化劑設(shè)計(jì)》一書亦可說是《有機(jī)催化》的姐妹篇，二者相互參照，相互補(bǔ)充，讀者必有較大的啟迪和收益。本書出版，令我高興，特此介紹推薦。

內(nèi)容概要

“催化劑設(shè)計(jì)”是20世紀(jì)60年代末提出的，是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，使催化理論、催化劑制備技術(shù)和表征方法一體化，把催化劑的研制開發(fā)提高到一個(gè)新階段，更科學(xué)化，是催化科學(xué)前沿。因此，催化專業(yè)研究工作者和物化專業(yè)大學(xué)生、研究生應(yīng)該對(duì)這一領(lǐng)域有一個(gè)全面完整了解，從而掌握催化科學(xué)發(fā)展動(dòng)向與趨勢(shì)。本書將全面系統(tǒng)介紹20世紀(jì)這一領(lǐng)域所取得的主要成果。

書籍目錄

第一章  “催化劑設(shè)計(jì)”綜述  §1-1  概論  §1-2  催化劑設(shè)計(jì)現(xiàn)狀  §1-3  控制論的思想方法與催化劑集團(tuán)結(jié)構(gòu)適應(yīng)理論    一、控制論的思想方法    二、催化劑集團(tuán)結(jié)構(gòu)適應(yīng)理論要點(diǎn)    三、催化劑設(shè)計(jì)程序    四、催化劑設(shè)計(jì)示例  §1-4  催化劑設(shè)計(jì)與催化反應(yīng)工藝開發(fā)    一、催化反應(yīng)及工藝的確定    二、反應(yīng)方式與催化劑第二章  催化劑宏觀設(shè)計(jì)基礎(chǔ)  §2-1  已有規(guī)律    一、線性自由能關(guān)系和堀內(nèi)一Polanyi規(guī)則    二、Bronsted規(guī)則與Hammett規(guī)則    三、酸強(qiáng)度與Hammett的σ值    四、火山型催化劑序列與金屬鹽的生成熱    五、催化劑活性排列順序與光譜化學(xué)系列    六、WoodWard-Hoffmann規(guī)則與催化作用    七、類似性規(guī)律與周期表利用  §2-2  主要類型催化劑性能及其改性方法    一、金屬和合金催化劑    二、金屬氧化物催化劑    三、固體酸堿催化劑    四、提高催化性能的途徑    五、固相化絡(luò)合物催化劑第三章  催化劑宏觀設(shè)計(jì)階段典型成果示例  §3-1  典型氧化物系SOHIO系催化劑    一、丙烯氨氧化制丙烯腈催化劑開發(fā)    二、異丁烯催化制甲基丙烯酸催化劑及工藝開發(fā)  §3-2  新合成氨催化劑開發(fā)    一、問題提出    二、已取得研究結(jié)果    三、新的開發(fā)  §3-3  分了篩催化劑的研制與沒計(jì)    一、特殊結(jié)構(gòu)與新概念提出    二、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步論證    三、設(shè)想與開發(fā)    四、催化劑新材料的基本性能  §3-4  凈化汽車廢氣催化劑    一、控制汽車廢氣污染與催化凈化法    二、催化凈化法的發(fā)展過程    三、凈化汽車廢氣催化劑的反應(yīng)環(huán)境    四、“三元”系催化劑研制開發(fā)過程第四章  原子、分子水平催化劑設(shè)計(jì)  §4-1  設(shè)計(jì)思想與程序  §4-2  檢測(cè)或表征手段    一、檢測(cè)或表征手段類型與原理    二、檢測(cè)與表征實(shí)例  §4-3  催化劑制備技術(shù)新發(fā)展    一、固定化制備技術(shù)    二、擔(dān)待金屬催化劑的新制備技術(shù)    三、薄膜的制備及其利用    四、擔(dān)體效應(yīng)及其有效利用  §4-4  原子、分子水平研究催化作用機(jī)理    一、結(jié)晶面上催化作用機(jī)理研究    二、銀催化劑上乙烯環(huán)氧化機(jī)理研究    三、氧化鉬催化劑上乙醇氧化機(jī)理研究    四、氣相分子對(duì)催化過程的作用附錄：選擇力學(xué)  一、引言  二、選擇力學(xué)的基礎(chǔ)及奠定  三、選擇力學(xué)內(nèi)涵和方法  四、來自選擇力學(xué)的二點(diǎn)推論

章節(jié)摘錄

插圖：提起設(shè)計(jì)會(huì)使人聯(lián)想到建筑物、橋梁和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。這些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)提出要求，在已有成熟理論的指導(dǎo)下，設(shè)法制造出符合需要的東西，可說是一種按要求有目的地設(shè)計(jì)制造，絕大多數(shù)按要求完成。有時(shí)在使用某些新材料或采用新施工方式時(shí)，也要進(jìn)行試驗(yàn)，但90％以上是成熟的。設(shè)計(jì)有完整的理論基礎(chǔ)，施工有成熟的技術(shù)，建成的建筑物、制造的產(chǎn)品是否符合要求可按圖紙進(jìn)行檢測(cè)，從設(shè)計(jì)、制造到成品檢驗(yàn)都十分有把握，完全科學(xué)化。但是宏觀階段的催化劑設(shè)計(jì)尚未如此成熟與完善，還有一定盲目性、包含較多未知因數(shù)。宏觀階段的催化劑設(shè)計(jì)程序隨提出任務(wù)的不同而不同，有新反應(yīng)的催化劑研制、代用催化劑的開發(fā)和已有催化劑的改進(jìn)等。催化劑設(shè)計(jì)思想與方法目前還沒有統(tǒng)一，日本1981年度催化學(xué)會(huì)會(huì)長米田幸夫教授也認(rèn)為不會(huì)有統(tǒng)一的思想與方法。各研究者將開辟不同獨(dú)創(chuàng)方法，下面將介紹幾個(gè)比較典型的催化劑設(shè)計(jì)思想和程序。村上雄一的催化劑設(shè)計(jì)思想及催化劑設(shè)計(jì)程序是有代表性的，反映了該階段達(dá)到的水平。村上認(rèn)為：“在設(shè)計(jì)完全新反應(yīng)的催化劑時(shí)，首先須討論這個(gè)目的反應(yīng)在熱力學(xué)上是否可能。這對(duì)于新的反應(yīng)來說是完全必要的，不然的話，拼命尋找不可能反應(yīng)的催化劑，就好像煉金術(shù)那樣十分盲目與冒險(xiǎn)?！睆耐粋€(gè)反應(yīng)原料出發(fā)除了主反應(yīng)外，還有哪些副反應(yīng)可能發(fā)生。這些將成為選擇催化劑的根據(jù)。其次提出工作假設(shè)，根據(jù)工作假設(shè)來選擇催化劑，進(jìn)行催化劑的試制與活性、選擇性試驗(yàn)。若所得結(jié)構(gòu)不是所設(shè)想的，那么須弄清原因，修正原來的工作假設(shè)，這樣不斷反饋直至得到所需催化劑。參看圖1-1。村上認(rèn)為：“這種工作假設(shè)無需證明，當(dāng)然不可避免會(huì)帶有一定的主觀性，但作為選擇催化劑的思考基礎(chǔ)還是有價(jià)值的。一旦建立了好的工作假設(shè)則可很快找到好的催化劑。一般一、二次工作假設(shè)還不能找到所需催化劑，所以要求設(shè)計(jì)者具有提出很多工作假設(shè)的能力。一個(gè)設(shè)計(jì)者水平的高低也往往表現(xiàn)在提出工作假設(shè)的準(zhǔn)確性與能力上?！敝呋瘎┖蛽?dān)體若僅指稍許改質(zhì)和使主組分高度分散時(shí)，那么，像圖1-1那樣，首先選定主催化劑組分，其次選擇助催化劑和擔(dān)體。對(duì)于實(shí)用催化劑來說，往往多組分催化劑顯示較好性能，且各成分混合后的作用較各個(gè)單組分作用加和來得好，即顯示出特殊的復(fù)合作用。對(duì)于這種情況就必須同時(shí)選擇幾種組分，試制混合成分的催化劑，并進(jìn)行活性和選擇性試驗(yàn)。

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