多相催化原理和固体催化剂的新篇章PDF电子书下载

第一章 “多相催化作用和固体催化剂的新篇章”导论 1

1.1 催化学科与表面科学、材料科学、固体物理、固态化学、理论化学新技术交叉推动下，多相催化作用和固体催化剂的涵义和范围 1

1.2 多相催化作用和固体催化剂的现代发展 1

1.2.1 增进人类幸福之源 1

1.2.2 开发太阳能，解决能源危机 2

1.2.3 多相催化量大面宽的神威 2

1.2.4 多相催化可开发的空间、效率和价值，节节上升 2

1.3 坚决执行党中央、国务院的指示和学习国际催化发展的现代经验 3

1.3.1 坚决执行党的十八代和“十二五”规划，为《未来中国的走向》奋斗 3

1.3.2 撰写“多相催化作用和固体催化剂的新篇章”的选材条件 3

1.3.3 学习国际催化发展的现代经验 4

1.4 多相催化作用和固体催化剂各种理论或概念形成的历史总结 5

1.4.1 1902年Sabatier的催化作用理论 5

1.4.2 Langmuir理想活性中心（棋盘格型）理论 5

1.4.3 Taylor活性中心理论 6

1.4.4 气体动力学和过渡状态理论 6

1.4.5 巴兰金多位理论（1929） 11

1.5 各种复合物配位络合理论和概念 11

1.5.1 复合络合理论（A）：复合物（complex compound）配位络合理论 11

1.5.2 复合络合理论（B）：Pauling配位络合价键杂化轨道理论 14

1.5.3 复合络合理论（C）：Pauling非成键孤对电子占有立体空间理论 16

1.5.4 复合络合理论（D）：Jahn-Teller效应和晶体场理论 18

1.5.5 复合络合理论（E）：晶体场理论、配位场理论和分子轨道理论联合应用 22

1.6 国际对Pauling过渡金属能带理论的评价 23

1.6.1 Beek［28］对Pauling过渡金属能带理论的评价 23

1.6.2 Boudart［31］对Pauling过渡金属能带理论的评价 24

1.6.3 M.Boudart对1990年黄开辉提出过渡金属函数成键理论的评价 24

第二章 固体催化剂的现代表征 29

2.1 “固体催化剂的现代表征”导言 29

2.1.1 固体催化剂的现代表征技术的英文缩写和英文名称列表 30

2.1.2 实用催化剂的表征总图解和相应的表征技术方法 32

2.1.3 用光子，电子和离子关联发生原理，列出催化剂各种表征方法 33

2.2 固体催化剂物理的性能的表征 33

2.2.1 比表面和孔度 33

2.2.2 颗粒大小和分散度 33

2.3 工业实用固体催化剂现代表征方法之一：X光衍射，散射和EXAFS技术 34

2.3.2 同步回旋辐射In Situ测试，和EXAFS技术 34

2.4 工业实用固体催化剂现代表征方法之二：电子显微镜类 34

2.4.1 传统的透射电子显微镜（CTEM） 35

2.4.2 高分辩率电子显微镜（HREM） 35

2.4.3 扫描透射电子显微镜（STEM） 35

2.4.4 扫描电子显微镜（SEM） 35

2.4.5 选择区的电子衍射（SAED=Selected Area Electron Diffraction） 36

2.4.6 分析电子显微镜（AEM） 36

2.4.7 控制常压电子显微镜（CAEM） 36

2.5 工业实用固体催化剂现代表征方法之三：红外和雷曼光谱等［12-15］ 36

2.5.1 红外透射吸收光谱（ITAS） 37

2.5.2 激光雷曼光谱（LRS） 37

2.6 工业实用固体催化剂现代表征方法之四：穆斯鲍尔谱和γ光谱技术 37

2.6.1 穆斯鲍尔谱 38

2.6.2 固体态核磁共振（NMR） 38

2.7 工业实用固体催化剂现代表征方法之五：电子光谱和离子光谱 39

2.7.1 X光光电子光谱（XPS） 39

2.7.2 二次离子质谱（SIMS）和二次中性质谱（SNMS） 40

2.7.3 低能离子散射（LEIS）和路德福背散射（RBS） 40

2.8 工业实用固体催化剂五种现代表征方法特点对比 41

2.9 工业实用固体催化剂其它传统和现代表征方法 41

2.9.1 光谱分析方法（OS）和电子自旋顺磁共振（EPR） 42

2.9.2 原子发射光谱法（AES） 43

2.9.3 原子吸收光谱法（AAS） 43

2.9.4 原子荧光光谱法（AFS），分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS） 43

2.9.5 可见分光光度法（UV-VIS） 43

2.11 固体催化剂的现代表征是多相催化作用理论创新的前题 43

第三章 百年氨合成工业双促进铁催化剂开创了多相催化表征技术、多相催化作用机理和多相反应动力学的新世纪里程碑 48

3.1 本章重点介绍“氨合成铁催化剂的实践和理论，促进催化学科新世纪里程碑” 48

3.2 国际催化大师和权威Emmett，Ozaki，Tamaru，Houriuti等提出的氨合成催化反应机理 48

3.3 G.Ertl（2007年NOBEL化学奖得主）等在铁单晶面上提出的氨合成催化反应解离机理（简称解离机理） 49

3.4 Boudart学派开创的多相催化作用研究工作 53

3.4.1 Boudart学派研究工作之一：铁原子簇的表面C7位 54

3.4.2 Boudart学派研究工作之二：铁颗粒大小伴随的N2/3H2表面结构重整 54

3.4.3 Boudart学派研究工作之三：评述“活性中心”概念和应用“分子型活性中心”概念 54

3.5 本书著者黄开辉提出与国际上不同的氨合成催化理论和动力学方程六方面创新篇章 57

3.5.1 本书著者黄开辉提出氨合成催化理论和动力学方程创新篇章之一：“Hδ＋形成原因和所起的诸种关键作用” 58

3.5.2 本书著者黄开辉提出氨合成催化理论和动力学方程创新篇章之二：“双促进铁催化剂上氨合成活性中心结构和反应机理” 59

3.5.3 本书著者黄开辉提出氨合成催化理论和动力学方程创新篇章之三：“评述Ertl，Boudart发表的资料，从中提出其结论正确和错误所在，再创新篇章” 63

3.5.4 本书著者黄开辉提出氨合成催化理论和动力学方程创新篇章之四：根据“Emmett，Ozaki，Tamaru，Houritu资料，提出可使用其资料解释或证明黄提出的铁表面同位素交换创新机理” 65

3.5.5 本书著者黄开辉提出氨合成催化理论和动力学方程创新篇章之五：“使用八种“理论”方法，证实黄开辉所提出学术观点的根基” 66

3.5.6 本书著者评述全球驰名的Темκин动力学方程在推导假设上存在的六方面重大问题（创新篇章之六） 69

3.6 正确对待古典的（传统的）形式动力学方程式的功过 75

3.6.1 古典的形式动力学方程式应用常发生之“过”（缺点） 75

3.6.2 古典的形式动力学方程式某些实际应用之“功”（优点） 75

3.6.3 总结“百年氨合成催化动力学方程式的进展是多相催化动力学方程式不断开拓的里程碑”的必要 76

第四章 催化学科为解决各类运载工具、交通、化学化工污染和高空对流层中臭氧层、离子层诸多21世纪环保难题创建新功 78

4.1 本章引言 78

4.2 化石燃料燃烧中碳排放污染和高温燃烧氮排放污染的生成分析浅说 78

4.2.1 排放气体和污染物的分析方法简介 79

4.2.2 排放气和污染物的生成原理初步分析之一 79

4.2.3 排放气和污染物的生成原理初步分析之二 79

4.2.4 从本节图1［10］可使读者获得排放汽中污染物百分含量的印象 80

4.2.5 从4.2.5 图1使读者获得道路交通引起排放汽中何种污染物较高的印象 80

4.2.6 催化剂能使排放气体成份的臭氧增值因子（污染指标之一）减少 81

4.3 排放气体成分间的多种反应（排放物间的初始反应和排放物间的二次反应） 82

4.3.1 内燃机排放物间的初始反应（排放物与氧气氧化的三种反应，排放物与NO氧化／还原的三种反应，水煤气反应和水蒸汽重整反应，共八种初始反应） 82

4.3.2 排放物间的二次反应（与SO2的二种反应和与NO的三种反应式） 83

4.4 内燃机排放物与催化剂表面接触的五种传送方式和其作用效率 83

4.4.1 内燃机排放物与催化剂表面接触的五种传送方式 83

4.4.2 发动机形成的排放气体的成份与引擎参数（A/F）间的函数关系 85

4.4.3 发动机形成的排放气体成份与λ（浪达值lambda value）参数间的函数关系 86

4.5 控制排放气体组成的催化剂设计 89

4.5.1 控制排放气体组成的催化剂设计概说 89

4.5.2 珠子小球催化剂 89

4.5.3 独石催化剂 91

4.6 三路催化剂（Three-way Catalyst）（TWC） 103

4.6.1 概说---三路催化剂性能的影响因素 103

4.6.2 三路催化剂性能测量 104

4.7 关于柴油燃料发动机设计类型，柴油发动机产生的喷射物的化学成份特点和柴油发动机喷射物中使用催化剂环保去污的必要性和重要性 107

4.7.1 关于柴油燃料发动机设计类型 107

4.7.2 引起柴油燃料发动机设计的多种多样类型的来源分析 108

4.7.3 柴油发动机产生的喷射物的化学成份特点和所含致癌物 109

4.8 环境催化作用中NOx的SCR，VOC的除去，NO的分解和氢（氯）氟烃（CFC）的催化合成与催化除去 114

4.8.1 概论—环境催化作用是一门新兴和广阔的领域，而且尚未探讨到底 114

4.8.2 SCR（Selective Catalytic Reduction选择催化还原）催化剂 115

4.8.3 NO分解的SCR选择催化还原催化剂 116

4.8.4 VOC（挥发有机化合物）的催化除去 117

4.8.5 氯氟烃（CFC）的催化合成与毁灭 118

4.9 催化燃烧 121

4.9.1 概论 121

4.9.2 天然气涡轮机应用 121

4.10 大气和高空对流层中，热的多相催化，光的多相催化，和太阳能光催化反应，为环保难题创建新功 122

4.10.1 概论 122

4.10.2 大气是全球催化的反应器和光催化的反应器 123

4.10.3 在冰微粒，在水点滴中或在硫酸气溶胶中热的多相催化过程 123

4.10.4 在高空对流层中多相光催化反应 124

4.10.5 在高空对流层多相光催化反应中许多化合物，其浓度加强光催化的进行 124

第五章 黄开辉提出的规划光电催化氨合成常压高转化21世纪设计方案 128

5.1 历史综述 128

5.1.1 认知传统的氨合成历史资料，供氨合成常压高转化21世纪设计参考 128

5.1.2 氨合成常压高转化设计必须重视第三章 所述21世纪多相催化表征技术 128

5.2 已知的固体质子导体用于常压加氢脱氢反应的实验装置和测定方法 129

5.2.1 固体质子（H＋）导体 129

5.2.2 三种固体质子（H＋）导体反应器类型 129

5.3 常压高转换氨合成固体质子导体单腔和双腔反应器 132

5.3.1 常压高转换氨合成固体质子导体单腔反应器实验装置和实验方法 132

5.3.2 常压高转化氨合成固体质子导体双腔反应器实验装置和实验方法 133

5.3.3 固体质子导体在常压氨合成反应器中电化学性能测量和理论分析 134

5.3.4 常压氨合成双腔反应器，阳极和阴极氨分解数据和其理论分析 136

5.3.5 在单腔反应器中常压氨生成速度和增加因子？与H＋泵速度，与H2分压和与N2分压间的依赖关系 137

5.4 国际上专家对固体质子导体常压氨合成实验结果的解释 140

5.4.1 Stoukides等提出常压氨合成反应固体质子H＋参与的机理 140

5.4.2 T.H.Rod等提出N2直接加氢生成氨，分子氮不离解的机理 141

5.5 固体质子导体常压氨合成实验成果和问题 141

5.5.1 固体质子导体常压氨合成实验成果 141

5.5.2 对固体质子导体钯催化剂常压氨合成实验结果解释问题 142

5.6 黄开辉提出固体质子导体钯催化剂常压高转化氨合成新机理 142

5.6.1 黄开辉提出固体质子导体钯催化剂H＋生成和NEMCA微观机理 142

5.6.2 黄开辉提出分子氮解离新位能图和调节H,NHX的电子结构情态都到自由基情态，是合成氨反应速度提升的关键 145

5.6.3 黄开辉提出固体质子导体钯催化剂上，分子氮N2的离解机理 145

5.6.4 黄开辉创新提出调节H,NHX的电子结构情态都到自由基情态，是固体质子导体钯催化剂能把合成氨反应速度提升三个数量级的关键 146

5.6.5 黄开辉创新提出过渡金属能带上成键函数理论，使用自由基过渡金属成键函数计算数据证明能把合成氨反应速度提升三个数量级 147

5.6.6 黄开辉创新机理对固体质子导体钯催化剂双腔反应器中NH3分解的本质的解释 147

5.7 黄开辉提出的规划光电催化氨合成常压高转化21世纪设计方案 148

5.7.1 规划常压氨合成的21世纪设计，应规划氨合成国际学术交流，洋为中用，勇于奋斗，获得根基的方案 148

5.7.2 规划常压氨合成的21世纪设计，应规划反应速度超过热力学计算的最大可能转化速度三个数量级的“按工业实践标准”运行的方案 148

5.7.3 规划常压氨合成的21世纪设计，应采用太阳能诱发催化剂新功能理论和技术的方案 149

5.7.4 规划常压氨合成的21世纪设计，应规划氨合成生产环保创新路线和投资节能最省的方案 150

5.7.5 规划常压氨合成的21世纪设计，应规划我国矿源丰富的稀土元素，钨钼杂多酸作为催化剂，并规划新型沸石分子筛，新型合金（代替固体质子导体钯薄膜）作为催化剂的方案 151

5.7.6 规划常压氨合成的21世纪设计，应规划所提出的固体过渡金属成键函数催化作用理论和应用，属于世界一流，争取全球领先的方案，这方案是黄开辉氨合成机理规划光电催化氨合成常压高转化的21世纪设计的六个根据或理由之六 152

第六章 从太阳能诱发催化剂新功能中争取我国绿色能源全球领先 154

6.1 使用太阳能诱发催化剂新功能是争取我国绿色能源全球领先的头等重要方法 154

6.1.1 太阳能开发（或称治理harnessing）的重大意义 154

6.1.2 太阳能诱发水催化生成氧气 154

6.1.3 水的光催化分解的氧化还原电极电位计算方法 155

6.1.4 光诱发水催化生成氧气的三个诱发循环进程概括描述 156

6.1.5 光诱发水催化生成氧气的三个诱发循环进程实例描述 156

6.1.6 太阳能诱发水催化生成氢气的概括描述和实例描述 157

6.2 太阳能一次性地同时诱发水催化生成氢气和氧气意义 158

6.2.1 太阳光诱发催化剂新功能的原理和技术应不断改革 159

6.2.2 太阳光诱发催化剂从水同时生产氢气和氧气的方案 159

6.2.3 太阳光诱发催化剂新功能必须具备的半导体能带，金属能带和能带间互相作用的基础知识 160

6.2.4 太阳光诱发半导体-金属催化剂从水同时生产氢气和氧气的方案的图解 163

6.3 催化作用和光电催化：光催化作用和光电合成作用 164

6.3.1 n型半导体和p型半导体浸入电解质溶液中后，能带弯曲和电场方向 164

6.3.2 光转化为“photovoltaic光电伏打的”（或regenerative再生的）电子的光电化学池的基本进程，能量和电路系统 165

6.3.3 裁制半导体衍生电极，捕捉光子攻击产生的移动电子，防阻太阳光诱发半导体形成的“电子--空穴对”“e---h+pair”的再复合 166

6.3.4 半导体能带间隙Eg的QSE（量子尺寸效果）在光催化和太阳光治理的原理［11］ 167

6.3.5 光电合成水反应实例剖析 167

6.4 光电合成应用于废气变宝，改变原材料，燃料合成路线和合成生命科学材料等等宏伟目标 169

6.4.1 光电合成应用于废气变宝 169

6.4.2 由不昂贵的原料（H2O,CO2,N2或CO光电合成有用的燃料 169

6.4.3 光电合成氨基酸---将CH4,NH3和H2O与镀铂于TiO2上的悬浮液接触光照射 169

6.4.4 由醋酸合成乙烷和氢气 169

6.4.5 为了最大效率地应用太阳能，制成的半导体固体必须满足四个要求 170

6.4.6 半导体能带间隙Eg的QSE（量子尺寸效果） 170

6.4.7 使用Bi2O3/Nb2O5高比涂层调节能带间隙Eg，用于太阳能治理污水非常好的光催化剂 171

6.4.8 采用金属-半导体接口，使p-n半导体接头光电位升起的光化学池方法原理，TI（Texas Instrument得克萨斯仪器公司）曾用此提升溴化物燃料电池电位达1.05eV 171

6.4.9 各种各样能带间隙半导体“串联”或“层叠”耦合调节方式 172

6.4.10 TiO2粉末／Ru（Ⅱ）橙色的染料为光阳极的Gratzel电池 173

6.4.11 光电合成应用于有机化合物合成宏伟目标 173

第七章 黄开辉过渡金属成键函数理论模型的推导 178

7.1 黄开辉提出过渡金属成键函数理论的背景 178

7.1.1 过渡金属附载型催化剂和过渡金属催化剂的重要性 178

7.1.2 深入了解d带和d带空穴波函数组成和能级资料的必要 178

7.1.3 黄开辉提出过渡金属成键函数理论的根据 178

7.1.4 催化应用的量子力学方法模型 178

7.1.5 HF,GVB-PP,GVB-（CI）,LDF,EMT方法的优点和缺点 179

7.1.6 GVB,LDF和EMF与几种光谱资料符合度对比 180

7.2 黄开辉过渡金属成键函数理论模型初介 180

7.2.1 黄开辉过渡金属成键函数参加量子力学方法的“新篇章靶” 180

7.2.2 黄开辉理论模型拟达目标 180

7.2.3 我国量子化学领域方面国际先进水平进展的摘录 181

7.3 黄开辉过渡金属成键函数理论模型推导 182

7.3.1 黄开辉过渡金属成键函数理论模型推导轮廓 182

7.3.2 LCAO方法推导过渡金属表面单一原子的波函数ψ（Mi）为三个分子轨道带（M.O.bands）的组合 184

7.3.3 过渡金属表面单一原子的波函数ψMi与金属能带结构关联公式 189

7.4 用能带结构计算Fermi能级周围M.O．中，s和d轨道参与M.O．组成的百分率 191

7.4.1 传统的金属能带理论—Bloch函数 191

7.4.2 用能带结构计算Fermi能级周围M.O．中，s和d轨道参与M.O．组成的百分率 191

7.4.3 计算Fermi能级周围M.O．中，s和d轨道参与M.O．组成的百分率结果和讨论 192

7.4.4 计算Fermi能级周围M.O．中，s和d轨道参与M.O．组成的百分率结果讨论和我们的模型的优点 194

7.5 “单一-表面金属-原子”的成键函数和其价带与吸附剂相互作用的键型 195

7.5.1 “单一-表面金属-原子”的“成键函数” 195

7.5.2 “单一-表面金属-原子”的波函数与吸附剂相互作用的各种各样成键种类和键型图解［金属原子波函数用金属能带结构表征］ 195

7.5.3 “单一-表面金属-原子”的波函数与吸附剂相互作用各种各样表面键的“成键函数” 196

7.5.4 “单一-表面金属-原子”的成键函数模型和“非单一-表面金属-多原子”的成键函数模型间的关联［由单一原子模型推广到多原子模型］ 197

7.5.5 标准A.O.（A.O．探针）和其重要性 198

7.6 金属成键函数模型计算方法 199

7.7 黄开辉提出的“金属成键函数模型”的优点和缺点 200

第八章 黄开辉过渡金属成键函数理论模型应用的成果和“量子力学催化应用”展望 205

8.1 过渡金属成键函数应用的成果 205

8.1.1 过渡金属成键函数应用主要成果之一 205

8.1.2 过渡金属成键函数应用主要成果之二 207

8.1.3 过渡金属成键函数应用主要成果之三 208

8.1.4 过渡金属成键函数应用主要成果之四 209

8.2 过渡金属成键函数应用主要成果之五 209

8.2.1 CO分子的分子轨道（M.O.S）图 210

8.2.2 CO分子轨道M.O.s与金属的成键函数 210

8.2.3 使用标准原子探针表征CO在金属上吸附，解离，σπ络合等成键的图解 211

8.2.4 金属成键函数M.O.s群，表征CO电子吸附光谱的峰值改变资料，和表征CO吸附，活化，解离，金属结构构型的变化原因 212

8.2.5 “吸附质-诱发”的空M.O.s新概念，CO2π-Mdπ和CO5σ-Mdσ在Vs和Vd带上具有的相对的杂化能力对比，和“d反馈送”的新概念 213

8.2.6 “d反馈送”新概念的特点 215

8.3 量子力学催化应用展望和表面反应的力学（动态学） 216

8.3.1 G.Ertl“表面反应的力学（动态学）”理论 216

8.3.2 Ertl应用非秒激光技术femtosecond laser［fs-laser］测定CO2π＊诱发空轨道电子能级与黄开辉CO2π-Mdπ,CO5σ-Mdσ在Vs和Vd带杂化的“d反馈送电子”能级的区别和关联 218

8.3.3 催化剂和催化作用的定义从“古典”到“21世纪新定义”的进展情况 220

8.4 “量子力学催化应用”展望与国际国内科学技术恊作交流 221

第九章 贯彻全面深化改革决定和著者叙述“五心”经验 223

9.1 前言 223

9.2 热心［热爱祖国，造福人类］ 223

9.3 宽心［遇到不合法打击，宽心对待］ 223

9.3.1 副院长的电传传真邮件说明了什么 224

9.3.2 厦门大学一九九四年三月一日厦门大学红头公文内容 225

9.3.3 关于厦门大学一九九四年三月一日厦门大学红头公文的来历 225

9.3.4 黄开辉对上述事件的处理 227

9.3.5 深信党中央国务院的改革开放政策 229

9.3.6 原住房清理属于与前述同出一辙的不合法打击计划 229

9.4 耐心［打砸抡压，耐心上诉］，在我国法治政策支持下，耐心就是取胜的必要条件之一 230

9.4.1 黄开辉接受中国石化总公司发展部环氧乙烷高选择性银催化剂的开发的任务 230

9.4.2 黄开辉会战组师生（博士和硕士）的合影 230

9.4.3 黄开辉会战组研制的催化剂被打砸抡 231

9.4.4 黄开辉研制的催化剂评比名列第一 231

9.4.5 黄开辉论文被1988年第九届国际催化会议评选为全文刊登，被邀请到UCC，ICC技术中心交流 231

9.5 信心［务实求真，加强信心］科学不亏务实求真人 231

9.6 战心［加强锻练，奋战一生］ 232

9.7 郑素娥领导研制的“肠溶软胶丸”成果 232

9.7.1 厦门日报1985年1月3日登载：厦门鱼肝油厂“肠溶软胶丸”研制者郑素娥 232

9.7.2 国家医药管理局“技术鉴定证书”内容和项目负责人郑素娥 234

9.7.3 郑素娥的论文在“中国药学会庆祝建会八十周年学术会义论文集”发表论文：论文编号［013-E-2］褐澡胶肠溶胶丸的研制，就是项目负责人郑素娥的论文 241

9.7.4 郑素娥的论文“褐澡胶新型肠溶胶丸的研制”，已评为1988年福建省药学系统优秀论文二等奖 242

9.8 叙述郑素娥“五心”经验 242

9.8.1 热心［热爱祖国，为了人民］ 242

9.8.2 宽心［遇到统一分配不合法打击，宽心对待］ 242

9.8.3 耐心［困难重重，耐心试验］，不改初衷，耐心就可胜利 242

9.8.4 信心［务实求真，加强信心］科学不亏务实求真人 242

9.8.5 战心［用自己的身体作试验，奋战一生］ 243

9.9 本章突出说明了著者亲身经历的“五心”经验 243

9.10 我们争取了部分厦门大学附属第一医院领导，医师，护士，工人的同情和帮助 243

编后感 245