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第1章 绪论 1

1.1催化科学发展简史 1

1.1.1催化概念的诞生 1

1.1.2从经验走向科学，创建催化科学的物理化学基础 2

1.1.3催化科学发展的第三阶段（1898～1918） 3

1.1.4工业催化和表面物理化学并行发展的时期 3

1.1.5表面物理化学与技术对催化科学的冲击 4

1.1.6经典方法研究多相催化机理发展阶段 5

1.1.7固态化学与多相催化剂设计发展时期 6

1.1.8环境催化和手性催化发展的30年 7

1.2工业催化发展简史 8

1.2.1基础化工催化工艺开发期 8

1.2.2催化燃料过程开发时期（1918～1945） 9

1.2.3催化科学与技术快速发展时期（1946～1970） 10

1.2.4环境催化发展的20年（1970～1990） 12

1.2.5新型催化材料的发展 12

1.2.6手性催化和药物合成工业发展（1990至今） 14

1.3催化科学与技术的重要性 15

1.3.1工业催化剂在经济上的重要性 15

1.3.2新能源开发对催化技术的需求 16

1.3.3催化对环境科学的重要性 16

1.3.4催化科学与技术对生命科学的重要性 16

1.4催化基本概念和工业催化剂的基本要求 17

1.4.1催化定义与特征 17

1.4.2对工业催化剂的要求 18

1.5原料、市场、政策综合对工业催化剂研制生产的影响 22

1.6课程的性质与任务 24

参考文献 25

第2章 催化作用模式及相关基本原则 26

2.1催化作用基础 26

2.2催化作用的前奏——化学吸附 26

2.2.1活性部位 26

2.2.2表面化学吸附键 27

2.3多相催化作用模式 29

2.3.1多相催化体系的剖析 29

2.3.2金属催化剂活性的理论分析 34

2.3.3负载型金属催化剂的活性分析 37

2.3.4合金催化剂 38

2.3.5金属簇状物催化剂 39

2.3.6半导体催化剂的电子理论 40

2.3.7复合氧化物催化剂及其催化作用 42

2.3.8固体酸碱催化剂及其催化作用 46

2.3.9分子筛催化剂及其催化作用 50

2.4过渡金属络合催化剂及其催化作用 55

2.4.1过渡金属离子的化学键合 55

2.4.2络合催化中的关键反应步骤 57

2.4.3络合催化循环 59

2.4.4配位场的影响 63

2.5聚合催化剂及其作用 64

2.5.1茂金属聚合催化剂与新型聚合物材料 64

2.5.2非茂后过渡金属烯烃聚合催化剂的研究进展 68

2.5.3组合聚合物催化技术 69

2.5.4高速组合筛选技术 72

参考文献 73

第3章 工业催化剂的设计 75

3.1催化科学的分子观 75

3.1.1单晶金属表面结构 76

3.1.2碳质的沉积 78

3.1.3表面原子的氧化状态 78

3.2工业催化剂设计方法 79

3.2.1引言 79

3.2.2催化设计的框图程序 79

3.2.3催化剂的类型设计法 85

3.2.4催化剂设计的经验程序 102

3.3计算机辅助催化剂设计 106

3.3.1引言 106

3.3.2决定论模型法及案例分析 107

3.3.3非决定论模型法及案例分析 108

3.3.4 CAD催化剂的微动力学分析法 110

3.4固体催化剂设计的几种思路 110

3.4.1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 110

3.4.2利用组合技术设计和开发催化剂 112

3.4.3固体催化剂构件组装 114

参考文献 116

第4章 催化材料学 118

4.1引言 118

4.2分子筛催化材料 119

4.2.1分子筛基本结构 119

4.2.2分子筛催化材料的特性 120

4.2.3分子筛催化材料制备 121

4.2.4两类新的分子筛催化材料 123

4.3膜材料与膜催化 127

4.3.1概述 127

4.3.2无机膜材料与催化 130

4.4非晶态合金催化材料与催化 135

4.4.1非晶态合金材料的结构特点 135

4.4.2非晶态合金催化剂制备与表征 136

4.4.3非晶态合金的催化应用 138

4.5固体酸催化材料与催化 144

4.5.1固体酸催化材料类型 144

4.5.2固体超强酸催化材料 145

4.5.3杂多酸催化材料 148

4.6整体式催化材料 151

4.6.1整体式催化剂结构特点 151

4.6.2整体式催化剂载体 152

4.6.3整体式催化剂应用 153

4.7光催化材料与光催化 158

4.7.1光催化原理 158

4.7.2光催化材料的发展 161

4.7.3光催化材料的失活与再生 165

4.7.4可见光活性光催化材料的设计 166

4.8纳米材料和纳米催化 174

4.8.1纳米催化材料的特性 174

4.8.2碳纳米管材料与催化 175

4.8.3纳米金属催化剂 188

参考文献 195

第5章 工业催化的过程工程 203

5.1概述 204

5.1.1工业催化过程工程的多尺度性 204

5.1.2工业催化过程工程的方法和基本概念 205

5.2多相催化反应动力学 208

5.2.1化学吸附过程 208

5.2.2理想表面的催化动力学模型 212

5.2.3真实表面的催化反应动力学模型 219

5.2.4微观反应动力学方法 224

52.5复杂反应动力学 233

5.3多相催化中的传递过程 238

5.3.1流体与催化剂外表面间的传热传质 239

5.3.2气体在多孔介质中的扩散 240

5.3.3多相催化剂的效率因子 241

5.3.4传递现象影响下的催化反应动力学行为 247

5.4固体催化剂的失活与再生 251

5.4.1失活的类型 251

5.4.2失活动力学 257

5.4.3工业催化剂寿命的实验室规模考察方法 261

5.4.4失活催化剂的再生 262

5.5试验研究用反应器 263

5.5.1理想反应器的基本类型 264

5.5.2微分、积分固定床反应器 266

5.5.3无梯度反应器 267

5.5.4催化剂开发过程中反应器的选择 268

5.5.5催化剂开发的高通量筛选方法 270

5.5.6催化动力学模型筛选及参数估算 271

5.6工业生产用反应器 273

5.6.1釜式反应器 273

5.6.2固定床反应器 277

5.6.3流化床反应器 285

主要符号 292

参考文献 293

第6章 多相催化过程模拟 297

6.1计算机模拟理论与技术 297

6.1.1量子力学方法 297

6.1.2分子力学方法 298

6.1.3组合方法 299

6.2多相催化模拟——策略与模型 299

6.2.1简介 299

6.2.2级间近似方法 300

6.2.3周期性计算 301

6.2.4簇模型 301

6.2.5微动力学模型 303

6.3催化材料结构模拟 305

6.3.1能量计算 305

6.3.2整体最小化法 306

6.3.3模拟退火法 306

6.3.4遗传运算法则 307

6.3.5拓扑枚举法 309

6.3.6结构预测 310

6.4表面及过程模拟 313

6.4.1模拟技术 313

6.4.2骨架材料表面结构及性质 314

6.4.3吸附 315

6.4.4扩散 317

6.4.5表面与水的反应 318

6.4.6催化部分氧化反应 318

6.4.7多相催化剂模型体系 321

参考文献 323

第7章 离子液体与催化 325

7.1离子液体简介 325

7.1.1离子液体发展简史 325

7.1.2离子液体的组成与结构 326

7.1.3离子液体的特性 326

7.1.4离子液体的合成 326

7.2离子液体催化剂 327

7.2.1酸性离子液体催化剂 328

7.2.2碱性功能化离子液体催化剂 334

7.2.3离子液体负载化 336

7.3离子液体与纳米催化 338

7.4离子液体与生物催化 339

7.5其他离子液体催化剂 339

7.5.1手性离子液体 339

7.5.2具有配位功能的离子液体 340

参考文献 341

第8章 氢能与制氢技术用催化剂的设计与开发 345

8.1化石能源现状 345

8.2氢能的优点及应用 345

8.3制氢技术概述 347

8.3.1化石燃料制氢 347

8.3.2再生氢制备 349

8.4储氢 352

8.5甲醇氧化重整制氢催化剂的设计及性能评价 353

8.5.1甲醇氧化重整制氢反应分析 353

8.5.2催化剂的开发 354

8.5.3工艺操作参数的选择 354

8.5.4催化剂应用 355

8.5.5技术经济分析 356

8.5.6应用前景 357

参考文献 358

第9章 二甲醚生产用催化剂的设计与开发 359

9.1二甲醚概述 359

9.1.1二甲醚的性质及工业应用 359

9.1.2二甲醚生产工艺概述 359

9.1.3甲醇气相脱水制二甲醚基本原理及热力学 362

9.2催化剂的开发 362

9.3催化剂的应用 362

9.3.1工艺流程 362

9.3.2操作条件 363

9.4二甲醚的工业生产现状 365

参考文献 366

第10章 燃料电池及直接甲醇燃料电池催化剂的设计与开发 367

10.1燃料电池简介 367

10.1.1燃料电池的工作原理 367

10.1.2燃料电池的基本类型 367

10.1.3燃料电池的优点 368

10.2直接甲醇燃料电池催化剂的设计与开发 369

10.2.1直接甲醇燃料电池反应机理及热力学 369

10.2.2甲醇电催化氧化机制 370

10.2.3 DMFC阳极催化剂的设计与开发 371

10.2.4 DMFC催化剂的应用 372

参考文献 375

第11章 生物催化及己酸乙酯非水相生产酶催化剂的设计与开发 376

11.1生物催化简介 376

11.2酶催化 377

11.2.1酶催化特点及分类 377

11.2.2酶催化反应的机理 377

11.2.3酶催化的应用及发展现状 380

11.3脂肪酶非水相催化生产短链脂肪酸酯 383

11.3.1短链脂肪酸酯及其特性 383

11.3.2短链脂肪酸酯的国内外生产状况 383

11.3.3非水相中脂肪酶催化短链脂肪酸酯合成 383

参考文献 386

第12章 酶催化合成手性布洛芬的设计与开发 387

12.1布洛芬简介 388

12.1.1布洛芬的物性及应用 388

12.1.2 （S）-布洛芬的常用制备方法 388

12.2布洛芬酯的酶选择性水解制备（S）-布洛芬 389

12.2.1布洛芬酯的酶选择性水解反应拆分布洛芬的机理 389

12.2.2选择性水解布洛芬酯的脂肪酶的选择 389

12.2.3酶选择性水解拆分布洛芬酯的技术路线 390

12.2.4酶选择性水解拆分布洛芬酯的工艺流程 390

参考文献 391

第13章 环己烷氧化制环己酮仿生催化剂的设计与开发 392

13.1环己酮概述 392

13.1.1环己酮的工业应用 392

13.1.2环己酮生产的工业现状 392

13.1.3环己烷仿生催化氧化制环己酮 393

13.1.4金属卟啉催化氧化的反应机理 394

13.2催化剂的选择 394

13.3催化剂的使用 395

13.3.1工艺流程 395

13.3.2工艺参数选择 395

13.3.3环己烷仿生催化制环己酮优点 396

13.4工业化现状 396

参考文献 397

第14章 绿色化学与离子液体催化剂的设计与开发 398

14.1绿色化学简介 398

14.2离子液体的功能化及应用 399

14.2.1离子液体的功能化 399

14.2.2离子液体的应用 400

14.3烷氧基苯膦生产用离子液体的设计与开发 401

14.3.1烷氧基苯膦生产的问题分析 401

14.3.2烷氧基苯膦生产用催化剂设计 401

14.3.3催化剂的应用 402

14.3.4离子液体的再生和回收 402

参考文献 402

第15章 汽车尾气治理用催化剂的设计与开发 403

15.1汽车尾气治理概述 403

15.2汽车尾气净化催化剂的开发 404

15.2.1催化剂的设计 404

15.2.2催化剂的制备 405

15.3催化剂的使用 405

15.4催化剂的发展变化 405

参考文献 405

第16章21世纪催化科学与技术面临新机遇、新挑战和新发展 406

16.1能源和化工原料的变化 406

16.1.1能源和化工原料的时代变迁 406

16.1.2原材料到化学品和燃料的转化 406

16.2可再生生物资源的化工和能源利用 409

16.3基于生物质原料生产液体燃料（BTL）的费-托合成催化剂 411

16.3.1费-托催化剂的活性 412

16.3.2费-托催化剂的失活 416

16.3.3费-托合成的选择性 418

16.4生物质的直接液化 418

16.5生物质加工的技术平台 419

16.6 21世纪催化的现状、挑战与未来 420

16.6.1推动者与拉动者：创新的R3原则 421

16.6.2 21世纪催化所面临的挑战 421

16.6.3 21世纪催化的未来 422

参考文献 423