催化复习总结

第一章 引言

1、催化(Catalysis)定义 ：通俗地讲，催化是通过催化剂改变反应物的活化能，改变反应物的化学反应速率，反应前后催化剂的量和质均不发生改变的反应；也可以表达为，催化剂在化学反应过程中所起的作用和发生的有关现象。

2、活化能是指化学反应中，由反应物分子到达活化分子所需的最小能量。活化能可以用于表示一个化学反应发生所需要的最小能量。

3、催化原理：由于催化剂的介入，化学反应途径发生了改变，而新的反应途径需要的活化能较低，从而使得化学反应速度大大提高。

4、催化剂特征：催化剂只能改变热力学上可能进行的化学反应 催化剂只能改变化学反应速度，而不能改变化学平衡的位置 催化剂对反应具有选择性 催化剂具有寿命

固体催化剂基本组成：（1）活性组分：大多为金属；

（2）载体：常见的是多孔材料，如 Al2O3、活性碳,SiO2,ZrO2等； （3）助剂：少量的金属盐 第二章 催化剂结构和活性之间关系1 1、催化剂的结构与催化活性关系： 电子结构 晶体结构 缺陷结构

表面酸位/碱位 骨架结构 尺寸效应

2、能带理论（Energy band theory ）：是讨论晶体（包括金属、绝缘体和半导体的晶体）中电子的状态及其运动的一种重要的近似理论.

3、半导体分类：1）施主能级上面电子激发可跃迁至导带上，使其具有导电性，称为n型半导体 ；2） 满带电子跃迁受主能级空穴上，产生准自由空穴，可以实现半导体材料的导电，这种称为p型半导体；3）完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。 4、缺陷结构包括：（1）点缺陷 (point defect)是指晶格中原子丢失或出现了不规则结构的位置，包括自身添隙式原子、添隙式不纯原子、取代原子和空位原子.（2）线缺陷（linear defect; dislocation)指二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷，其特征是两个方向尺寸上很小另外两个方向延伸较长，也称一维缺陷，集中表现形式是位错，由晶体中原子平面的错动引起.据几何结构，分为刀刃缺陷和螺旋缺陷.

5、固体酸：一般认为是能够化学吸附碱的固体，也可以了解为能够使碱性指示剂在其上面改变颜色的固体。固体酸又分为布朗斯特（Brφnsted）酸和路易斯 （Lewis）酸。前者简称为B酸，后者简称为L酸。

B酸B碱的定义为：能够给出质子的都是酸，能够接受质子的都是碱，所以B酸B碱又叫质子酸碱；L酸L碱的定义为：能够接受电子对的都是酸，能够给出电子对的都是碱，所以L酸L碱又叫非质子酸碱。 酸强与酸量无对应直接关系

6、程序升温脱附法 （测定酸强度分布和酸量）

测定原理：当气态碱分子吸附在固体酸中心时，强酸位吸附的碱比弱酸位吸

1

附的碱更牢固，使之脱附也更难。当升温脱附时，弱吸附的碱将首先脱附，因此依据不同温度下脱附的碱量，可得酸强度和酸量。

气态碱→ 酸中心→ 吸附→ 升温排气脱附→ 弱吸附→强吸附→确定酸强度和酸量 （吸附气态碱：NH3 吡啶 正丁胺 三乙胺 ）

7、分子筛：分子筛是结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐，由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子筛分子尺寸大小（通常为0.3-2.0 nm）的孔道和空腔体系，从而具有筛分分子的特性。 结构通式如下

8、分子筛:（1）尺寸（纳米）效应：特殊地表面积剧烈增大；熔点明显下降；能级出现裂分.（2） 形貌效应 第三章 固体催化剂的制备和表征

1、催化剂的制备方法包括化学法和物理方法

化学法：浸渍法、沉淀法、溶胶-凝胶法、自组装法、锚固法、模板法 物理法：熔融法、旋涂法、电子束气相沉淀法、静电纺丝法

2、浸渍法：将具有高孔隙率的载体（如硅藻土、氧化铝、活性炭等）浸入含有 一种或多种金属离子的溶液中，保持一定的温度，溶液进入载体的孔隙中。 原理：是通过毛细管力使液体(活性组分)渗到载体空隙内部。

该方法的特点：浸渍法可使催化活性组分高度分散，并均匀分布在载体表面上，在催化过程中得到充分利用. 优缺点：

(1) 使用已经制成的各种形状尺寸的催化剂载体；

(2) 可以选择具有合适比表面、孔径、强度、导热率性能的载体； (3) 被负载组分分布在载体表面，利用率高、成本低； (4) 生产方法比较简单易行；

(5) 焙烧时产生的废气造成环境污染； (6) 干燥过程会造成活性组分迁移。

竞争吸附剂:在浸渍液中除了活性组分以外，有时还加入适量的第二组 分，载体在吸附活性组分的同时也吸附第二组分，所加入的第二组分就称为竞争吸附剂,这种作用称为竞争吸附作用 ；

作用：适量加入竞争吸附剂可使活性组分达到均匀地分布。 3、晶形沉淀生成的条件： （1）溶液应稍稀一些;

（2）沉淀时，沉淀剂应在不断搅拌下均匀而缓慢的加入; （3）沉淀应在热溶液中进行; （4）沉淀应放置熟化.

通常，熟化包括结构变化和组成变化（当沉淀物和母液放置一 段时间后，由于细小晶体比粗晶体溶解度大，当溶液对大颗粒晶 体达饱和时，对小晶体尚未饱和，于是小晶体逐渐溶解，沉淀在 粗晶体上）

4、溶胶-凝胶法：该方法中水解反应和缩合反应是主要路径: MOR + H2O → MOH + ROH MOH+ROM→M-O-M+ROH 凝胶分类：

分为1）刚性凝胶：如二氧化硅、三氧化二铁、二氧化钛、五氧化二钒等；

2

2）弹性凝胶： 柔性线型高聚物分子形成的凝胶，如橡胶、明胶、琼脂.

5、模板法: （就是将形状比较易控制的主体材料作为模板,通过物理或化学方 法将客体材料沉积在主体材料的表面或骨架上后, , 去除模板可得产品 ） 6、混合法：将两种或两种以上物质用机械混合的方法来制备多组份催化剂的方法。分为干法和湿法两种。湿法：加助剂

7、（ 扫描电镜的制造是依据电子与物质间相互作用；借助电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等.）

8、含孔物质的密度：真密度：质量除以不包括孔容积（但包括闭孔容积）在内的体积； （表观密度：质量除以包含孔容积的体积；容积密度：质量除以包含粉末粒子间隙的体积;孔容积或孔隙率：单位质量的孔容积） 9、程序升温技术：（ 定义：当固体物质或预吸附某些气体的固体物质，在载气流中以一定的升温速率加热时，检测流出气体组成和浓度的变化或固体 ( 表面 ) 物理和化学性质变化的技术。）可分为：

程序升温脱附(TPD)：热脱附实验结果不但反映了吸附质与固体表面之间的结合 能力，也反映了脱附发生的温度和表面覆盖度下的动力学行为。 程序升温还原(TPR)：是表征催化剂还原性能的简单、有效的方法。 程序升温表面反应(TPSR)：在程序升温过程中，在催化剂表面同时发生表面反应和脱附。

程序升温氧化(TPO)：在程序升温过程中催化剂表面沉积物(或吸附物等)发生的氧化反应。

第四章 固体催化剂的设计

1、分析催化剂设计参数的四要素：活性，选择性，稳定性/寿命，再生性。 2、载体：为制备高效率催化剂，常把催化剂的活性组分分散在固体表面上，这种固体就称为载体。 载体的作用:

（1）降低催化剂成

（2）提高催化剂的机械强度,使催化剂有最适宜的几何构型。 （3）催化剂的活性和选择性,载体使活性组分微粒化，可增加催化剂的活性表面积，还使晶格缺陷增加，生成新的活性中心，提高催化剂的活性，如金属载体强相互作用。载体的酸碱性也可以影响反应方向。 （4）延长催化剂寿命

1)提高耐热性：一般用耐火材料作为载体

2)提高耐毒性：使活性组分高分散；载体可以吸附部分毒物，甚至可以分解部分毒物。

3)提高传热系数：可以防止催化剂床层的过热而导致催化剂活性下降。 4)催化剂活性组分的稳定化：降低某些易升华活性组分如MoO3、Re2O7、P2O5、Te的损失，延长催化剂的寿命

第五章 配合物催化剂及其作用机理 1、配合物Cat.大致可以分为四大类：1. Werner 配位化合物; 2.原子簇化合物;3.金属有机化合物;4.π配合物

3