第1章 绪论 1
1.1 化石资源的催化转化 1
1.1.1 石油利用中的催化转化 1
1.1.2 煤炭和天然气利用中的催化转化 2
1.2 新能源资源利用中的催化转化 3
1.2.1 生物质能源催化转化 3
1.2.2 太阳能利用 4
1.2.3 氢能利用 4
1.3 催化学科的发展历史 5
1.4 催化相关的资料 8
参考文献 9
第2章 催化相关的基本概念 10
2.1 催化剂和催化作用的基本概念 10
2.1.1 催化剂和催化作用的定义 10
2.1.2 催化剂和催化作用定义的内涵 11
2.2 催化反应和催化剂的分类 14
2.2.1 催化反应的分类 14
2.2.2 催化剂的组成 15
2.2.3 催化剂的分类 16
2.3 催化剂的性质 17
2.3.1 催化剂的活性 17
2.3.2 工业催化剂活性的表述方法 22
2.3.3 催化剂的稳定性 23
2.3.4 固体催化剂的宏观物性 23
2.4 吸附作用与多相催化 26
2.4.1 基本概念 26
2.4.2 物理吸附与化学吸附的区别 26
2.4.3 吸附对催化作用的影响 29
2.4.4 吸附位能曲线 30
2.4.5 溢流效应 31
2.4.6 Langmuir吸附等温方程 33
2.4.7 BET吸附等温方程 36
2.4.8 吸附等温线 37
2.4.9 化学吸附态 39
2.5 气-固多相催化反应动力学基础 42
2.5.1 速率控制步骤 42
2.5.2 理想吸附模型的速率方程 42
2.6 扩散对催化反应的影响 49
2.6.1 外扩散对反应动力学的影响 49
2.6.2 内扩散对反应动力学的影响 50
2.6.3 温度对反应发生区间的影响 52
2.6.4 扩散影响的识别和消除 53
参考文献 54
第3章 酸碱催化与能源资源转化制燃料和化学品 56
3.1 基本概念 56
3.1.1 酸和碱的定义 56
3.1.2 固体酸和碱的定义 56
3.1.3 固体表面的酸、碱性质 56
3.1.4 B酸和L酸的鉴别 57
3.1.5 固体酸、碱的种类与酸中心结构 58
3.2 酸碱催化作用 67
3.2.1 均相酸碱催化 67
3.2.2 多相酸碱催化 69
3.2.3 沸石分子筛择形催化 73
3.3 甲醇制烃 75
3.3.1 甲醇制烃热力学 75
3.3.2 甲醇制三甲基丁烷 77
3.3.3 甲醇制汽油和甲醇制芳烃 83
3.3.4 甲醇制烯烃和甲醇制丙烯 85
3.4 催化裂化制高辛烷值汽油 88
3.4.1 催化裂化的化学反应 88
3.4.2 催化裂化催化剂 90
3.5 FCC汽油降烯烃制清洁汽油 91
3.5.1 烯烃与异丁烷烷基化制高辛烷值汽油调和组分 91
3.5.2 FCC汽油醚化制高辛烷值汽油调和组分 92
3.5.3 FCC汽油芳构化和异构化降烯烃 93
3.6 生物油脂转酯化制生物柴油 94
3.6.1 均相催化法 96
3.6.2 非均相催化法 96
3.7 生物质资源酸催化转化制燃料中间体和化学品 98
3.7.1 纤维素酸催化降解 98
3.7.2 生物质快速热裂解 99
3.7.3 生物质来源的醛糖异构化制化学品 100
3.7.4 几丁质制化学品 102
3.7.5 2，5-二甲基呋喃酸催化转化制对二甲苯 102
参考文献 104
第4章 金属催化与能源资源转化制燃料和化学品 106
4.1 基本概念 106
4.1.1 金属和金属表面的化学键 106
4.1.2 金属和金属表面的几何结构 110
4.1.3 金属催化剂的热稳定性 113
4.1.4 金属催化活性的经验规则 114
4.1.5 负载型金属催化剂的特点 116
4.1.6 合金催化剂及其催化作用 123
4.2 天然气（页岩气）催化转化制燃料和化学品 124
4.2.1 甲烷的活化 125
4.2.2 天然气重整制氢 127
4.2.3 甲烷部分氧化制合成气 132
4.2.4 甲烷直接催化转化制乙烯和芳烃 136
4.2.5 低碳烷烃脱氢制低碳烯烃 136
4.3 煤催化转化制燃料和化学品 138
4.3.1 煤直接液化制油 138
4.3.2 合成气制甲醇 139
4.3.3 合成气直接制二甲醚 142
4.3.4 煤制乙二醇 145
4.3.5 煤制天然气 147
4.3.6 煤间接液化（F-T合成）制油 148
4.3.7 F-T合成油加氢精制制润滑油、煤油和柴油 154
4.3.8 合成气制低碳醇 155
4.4 石油催化转化制清洁燃料和化学品 157
4.4.1 催化重整制清洁油品和芳烃 157
4.4.2 二甲苯异构制对二甲苯 162
4.4.3 贵金属和类贵金属加氢脱硫制清洁油品 164
4.5 生物质催化转化制燃料和化学品 168
4.5.1 生物质重整制液体燃料和氢气 168
4.5.2 生物质加氢脱氧制清洁燃料 170
4.5.3 生物质衍生物氧化制高级化学品 172
4.6 金属催化制氢用于燃料电池 174
4.6.1 甲醇重整制氢 174
4.6.2 乙醇重整制氢 176
4.6.3 电解水析氢和析氧催化剂 177
4.6.4 电催化还原二氧化碳 182
4.7 车用尾气催化处理 183
参考文献 187
第5章 金属氧化物催化与能源资源转化制燃料和化学品 189
5.1 基本概念 189
5.1.1 半导体氧化物的能带结构及其催化活性 189
5.1.2 金属氧化物的物性与其催化性能的关系 192
5.1.3 复合金属氧化物结构 195
5.2 金属硫化物催化剂在石油化工中的应用 198
5.2.1 金属硫化物的性质及其加氢脱硫性能 198
5.2.2 金属硫化物催化剂在油品加氢处理中的应用 201
5.2.3 金属硫化物催化剂在原料油加氢裂化中的应用 211
5.2.4 金属硫化物催化剂在加氢异构脱蜡反应中的应用 212
5.3 金属氧化物催化剂在天然气（页岩气）化工的应用 213
5.3.1 甲烷氧化偶联制乙烯 213
5.3.2 低碳烷烃氧化脱氢制低碳烯烃 217
5.3.3 甲烷直接氧化燃料电池 222
5.4 金属硫化物催化剂在煤化工中的应用 223
5.5 金属硫化物催化剂在生物油加氢提质中的应用 224
5.6 金属氧（硫）化物催化剂在电催化析氧反应中的应用 225
5.7 金属氧（硫）化物催化剂在光催化反应中的应用 226
5.7.1 光催化定义 226
5.7.2 光催化反应类型 227
5.7.3 半导体光催化剂 227
5.7.4 光催化制氢 229
5.7.5 光催化降解有机物 231
5.8 金属氧化物催化剂在环境催化中的应用 232
5.8.1 金属氧化物催化剂在脱硫和脱硝反应中的应用 232
5.8.2 金属氧化物催化剂在催化燃烧中的应用 235
5.8.3 CO2的催化治理 236
参考文献 237
第6章 配位催化与金属-有机骨架材料 239
6.1 基本概念 239
6.1.1 配位理论 240
6.1.2 配位催化作用 241
6.2 配位聚合物 243
6.2.1 金属-有机骨架材料的催化性能 244
6.2.2 微孔有机聚合物材料的催化应用 246
6.3 配位催化剂用于烯烃聚合反应 248
6.4 过渡金属原子簇催化剂 249
参考文献 251
第7章 酶催化 253
7.1 酶催化的特点 253
7.1.1 酶的化学本质 254
7.1.2 酶的分类 254
7.1.3 酶的作用机制 256
7.1.4 酶的活性中心 257
7.1.5 影响酶催化作用的因素 259
7.1.6 酶催化剂的应用 259
7.2 酶催化剂在石油化工中的应用 260
7.3 酶催化剂在生物质降解中的应用 261
7.3.1 酶催化纤维素降解 261
7.3.2 酶辅助催化木质素降解 263
7.4 酶催化剂在燃料电池中的应用 263
参考文献 266