本书自出版以来,已经走过十四个年头。十多年来,催化科学有了很大的

发展与进步,研发出许多新的催化材料、催化反应体系、催化研究手段和表征

技术等,并在此基础上提出了不少新的催化概念和推论。值得一提的是,原料

路线从过去的单一石油资源发展到多种非石油资源合成能源和化学品,促进

了可持续发展战略的实施,为催化科学技术提供了新的发展空间。为跟上催

化科学技术发展的步伐,与时俱进,我们对第三版进行了修订。

本次修订增加了一些新内容,即催化反应、催化材料新进展概述。这部分

内容是由中国科学院大连化学物理研究所的专家及大连理工大学的教授共同

撰写的。本书第3~6章作者对各章催化剂与催化作用的最新进展进行了补

充,第八章作者对环境催化内容进行了充实。

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 /15

1.5.3 多相催化反应中的

化学过程 /16

1.5.4 多相催化反应过程的

控制步骤 /18

参考文献 /19

第2章 催化剂的表面吸附和孔内扩散 /20

2.1 催化剂的物理吸附与化学吸附 /20

2.1.1 物理吸附与化学吸附 /20

2.1.2 吸附位能曲线 /21

2.1.3 吸附在多相催化反应中的

作用 /23

2.2 化学吸附类型和化学吸附态 /23

2.2.1 化学吸附类型 /23

2.2.2 化学吸附态 /25

2.3 吸附平衡与等温方程 /29

2.3.1 等温吸附线 /29

2.3.2 等温方程 /30

2.4 催化剂的表面积及其测定 /33

2.4.1 BET法测定比表面积 /33

2.4.2 色谱法测定比表面积 /35

2.5 催化剂的孔结构与孔内扩散 /36

2.5.1 催化剂的孔结构 /36

2.5.2 催化剂的孔内扩散 /39

参考文献 /41

第3章 酸碱催化剂及其催化作用 /42

3.1 酸碱催化剂的应用及其分类 /42

3.1.1 酸碱催化剂的应用 /42

3.1.2 酸碱催化剂的分类 /42

3.2 酸碱定义及酸碱中心的形成 /43

3.2.1 酸碱定义 /43

3.2.2 酸碱中心的形成 /44

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 /49

3.3.3 超强酸 /52

3.4 酸碱催化作用及其催化机理 /53

3.4.1 均相酸碱催化 /53

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

2

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 /64

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 /69

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 /76

3.6.3 低碳烃芳构化制苯、甲苯和

二甲苯 /78

3.7 固体酸碱催化的新进展 /80

3.7.1 微孔沸石分子筛的多样化 /80

3.7.2 多级复合孔催化剂及其应用/82

3.7.3 离子液体催化剂及其应用 /82

3.7.4 酸性质可调控的阳离子

交换树脂类固体酸 /83

3.7.5 固体酸催化剂表征及催化反应

机理研究的进展 /84

参考文献 /85

第4章 金属催化剂及其催化作用 /87

4.1 金属催化剂的应用及其特性 /87

4.1.1 金属催化剂的应用 /87

4.1.2 金属催化剂的特性 /88

4.2 金属催化剂的化学吸附 /89

4.2.1 金属的电子组态与气体吸附

能力间的关系 /89

4.2.2 金属催化剂的化学吸附与

催化性能的关系 /90

4.3 金属催化剂电子因素与催化作用的

关系 /93

4.3.1 能带理论 /93

4.3.2 价键理论 /95

4.4 金属催化剂晶体结构与催化作用的

关系 /97

4.4.1 金属催化剂的晶体结构 /97

4.4.2 晶体结构对催化作用的影响/98

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 /104

4.5 负载型金属催化剂及其

催化作用 /105

4.5.1 金属分散度与催化活性的

关系 /105

4.5.2 金属催化反应的结构敏感

行为 /107

4.5.3 金属与载体的相互作用 /108

4.5.4 负载金属催化剂的氢溢流

现象 /110

4.6 合金催化剂及其催化作用 /111

4.6.1 合金的分类和表面富集 /111

4.6.2 合金的电子效应和几何效应与

催化作用的关系 /112

4.7 典型金属催化剂催化作用剖析 /114

4.7.1 合成氨工业催化剂 /114

4.7.2 乙烯环氧化工业催化剂 /117

4.7.3 催化重整工业催化剂 /119

4.8 金属催化剂开发与应用进展 /120

4.8.1 合成氨的钌催化剂的开发 /121

4.8.2 银催化乙烯环氧化催化剂

选择性的突破 /121

4.8.3 金催化剂的崛起 /121

4.8.4 非晶态合金的工业应用 /122

参考文献 /122

第5章过渡金属氧(硫)化物催化剂及其催化作用/124

5.1 过渡金属氧(硫)化物催化剂的

结构类型及其应用 /124

5.1.1 过渡金属氧(硫)化物催化剂的

应用及其特点 /124

5.1.2 过渡金属氧化物催化剂的

结构类型 /125

5.2 金属氧化物中的缺陷和半导体

性质 /127

5.2.1 半导体的能带结构和类型 /127

5.2.2 n型和p型半导体的生成 /129

催化剂与催化作用

3

5.2.3 杂质对半导体催化剂费米能级、

逸出功和电导率的影响 /130

5.3 半导体催化剂的化学吸附与半导体

电子催化理论 /132

5.3.1 半导体催化剂的化学吸附 /132

5.3.2 氧化物催化剂的半导体

机理 /133

5.4 过渡金属氧化物催化剂的氧化还原

机理 /135

5.4.1 金属—氧键强度对催化反应的

影响 /135

5.4.2 金属氧化物催化剂氧化还原

机理 /138

5.5 过渡金属氧化物中晶体场的

影响 /140

5.5.1 过渡金属氧化物晶体场

稳定化能 /141

5.5.2 晶体场稳定化能对催化

作用的影响 /143

5.6 过渡金属氧化物催化剂典型催化

过程分析 /145

5.6.1 钼铋系复氧化物催化剂催化的

丙烯胺氧化制丙烯腈 /145

5.6.2 钒系复氧化物催化剂催化

C4 烃选择氧化制顺酐 /148

5.6.3 尖晶石型复氧化物催化剂催化

乙苯脱氢制苯乙烯 /149

5.6.4 氧化钴(镍)-氧化钼(钨)加氢

脱硫催化剂催化作用 /150

5.7 过渡金属氧化物催化剂的

研究进展 /152

5.7.1 概 述 /152

5.7.2 晶面择优过渡金属氧化物的

催化性能 /153

参考文献 /156

第6章 络合催化剂及其催化作用 /158

6.1 络合催化剂的应用及

化学成键作用 /158

6.1.1 络合催化剂的应用 /158

6.1.2 过渡金属络合物

化学成键作用 /159

6.2 络合催化剂的形成与络合物的

反应 /160

6.2.1 过渡金属d电子组态与

络合物配位数的关系 /160

6.2.2 络合催化剂中常见的配位体

及其分类 /161

6.2.3 络合物氧化加成与还原

消除反应 /162

6.2.4 配位体取代反应和

对位效应 /163

6.2.5 σ-π型配位体的重排、插入与

转移反应 /165

6.3 络合空位的形成、反应物的活化和

络合催化剂的调变 /166

6.3.1 络合空位的形成 /166

6.3.2 反应物的活化 /167

6.3.3 络合催化剂的调变 /169

6.4 络合催化机理及络合催化

实例分析 /170

6.4.1 络合催化的一般机理 /170

6.4.2 络合催化剂的催化作用

实例分析 /171

6.5 络合催化剂的固相化及金属原子簇

催化剂 /179

6.5.1 均相络合催化剂的优缺点 /179

6.5.2 均相络合催化剂的固相化 /179

6.5.3 金属原子簇催化剂 /180

6.6 络合催化剂研究进展及应用 /182

6.6.1 茂金属催化剂 /182

6.6.2 非茂后过渡金属催化剂 /183

6.6.3 不对称催化合成 /184

参考文献 /185

第7章催化剂的选择、制备、使用与再生/187

7.1 催化剂的选择目的 /187

7.1.1 现有催化剂的改进 /187

目 录

4

7.1.2 利用廉价原料研制开发化工

产品所需催化剂 /188

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/189

7.2 选择催化剂组分常用方法 /190

7.2.1 利用元素周期表进行

催化剂活性组分的选择 /190

7.2.2 利用催化功能组合构思

催化剂 /192

7.3 催化剂的制备与催化剂的

预处理 /193

7.3.1 催化剂制备的主要方法 /193

7.3.2 催化剂的预处理(活化) /197

7.4 催化剂失活与再生 /200

7.4.1 催化剂中毒 /200

7.4.2 催化剂烧结 /202

7.4.3 催化剂积炭 /204

7.4.4 催化剂再生 /205

参考文献 /205

第8章 环境催化 /207

8.1 环境催化的特点和研究内容 /207

8.1.1 环境催化的特点 /207

8.1.2 环境催化对催化剂的要求 /207

8.1.3 环境催化的研究内容 /208

8.2 机动车尾气净化催化技术 /209

8.2.1 汽油机汽车尾气净化

催化技术 /209

8.2.2 柴油机汽车尾气净化

催化技术 /212

8.3 排烟脱硫、脱氮技术 /213

8.3.1 催化脱除NOx /213

8.3.2 催化脱除SOx /215

8.3.3 同时催化脱除SOx 和

NOx /217

8.4 催化燃烧 /218

8.5 氯氟烃的催化治理 /219

8.6 水污染治理 /219

8.6.1 反应机理 /220

8.6.2 半导体光催化剂 /220

8.6.3 光催化反应器 /221

8.7 清洁燃料的生产和环境友好

催化技术的开发 /222

8.7.1 清洁汽油和柴油的生产 /222

8.7.2 生物柴油 /227

8.7.3 环境友好催化剂及催化技术的

开发 /228

8.8 废弃资源的利用 /232

8.8.1 CO2 的催化作用 /233

8.8.2 催化降解废旧塑料制

汽油和柴油 /233

参考文献 /234

催化反应、催化材料新进展概述 /236

总习题 /243

总习题参考答案 /251