催化剂开发与设计

如何利用组合技术设计和开发催化剂？这种技术易于开发新材料和过程优化，近年来将它应用于多相催化剂或催化材料的研究报道日益增多，目的在于发现具有工业应用价值的配方新材料或组合催化剂。

组合催化剂的研制与开发需要几方面的技术？1.设计和使用并行合成法，合成众多有希望的侯选物库；2.建立快速灵敏的鉴定方法，一较短的时间对众多候选物库进行分析评选；3.有希望候选物的优化和候选物库的改进。

绿色化学：又称环境友好化学，环境无害化学，清洁化学，使用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的产生和使用。核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染，按照绿色化学的原则，理想的化工生产方式是：反应物的原子全部转化为期待的最终产物。特点：1.充分利用资源和能源，采用无毒，无害的原料;2.在无毒无害的条件下进行反应，以减少向环境排放的废物；3.提高原子的利用率，力图使所有的原料的原子都被产品所消纳，实现零排放。4.生产出有利于环境保护，社区安全和人体健康的环境友好产品。

流化床反应器：是一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒出于悬浮运动状态，并进行气固相反应过程或液固反应过程的反应器，在有气相系统时，又称沸腾床反应器。

费米能级；衡量固体中电子逸出功的难易程度，它与电子的逸出功直接相关，是一个电子从固体内部拉到外部变成自由电子所需要的能量，此能量用以克服电子的平均位能，Ef就是这种平均位能，从Ef到导带顶间的能量差就是逸出功。

酸催化剂：酸强度越大，催化剂活性越高，酸度越大，催化剂活性也越高。酸强度越大，酸量越小，活性一般也会降低，不同的反应要求的酸中心强度也会不同。例如：c-c断裂，要求的酸中心强度大，此类反应有裂化，异构，烷基化等；c-H断裂：亚欧酸中心较弱，如丁烯：双键异构反应。

合成氨的发展历程：1900年，法国化学家勒夏特列在研究平衡移动的基础上通过理论计算，认为N2和H2在高压下可以直接化合生成氨，接着，他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是放弃了这项研究工作，他的合成氨实验就这样夭折了。后来才查明实验失败的原因，是他所用混合气体中含有O2，在实验过程中H2和O2发生了爆炸的反应。稍后，德国化学家能斯特通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。在合成氨研究屡屡受挫的情况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全面系统的研究和实验，终于在1908年7月在实验室用N2和H2在600℃、200个大气压下合成氨，产率仅有2%，却也是一项重大突破。当哈伯的工艺流程展示之后，立即引起了早有用战争吞并欧洲称霸世界野心的德国军政要员的高度重视，为了利用哈伯，德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国威廉研究所所长之职。而恶魔需要正好迎合了哈伯想成百万富翁的贪婪心理。从1911年到1913年短短的两年内，哈伯不仅提高了合成氨的产率，而且合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。1918年哈伯获得诺贝尔化学奖。

工业催化剂设计的三个层析;1.在原子、分子水平上设计催化剂的活性组分和活性位，主要设计催化材料和催化原理；2.在微观适度水平上设计催化剂的粒子大小、形貌和宏观结构；3.在宏观尺度上设计催化反应的传递过程和反应器。

均相络合催化剂：指通过配位作用而使反应物分子活化的催化剂。在这类催化剂中至少含有一个金属离子或原子，无论母体本身是否是络合物，但在起作用时，催化活性中心是以配位结构出现，通过改变金属配位数或配位基，最少有一种反应分子进入配位状态而被活化，从而促进反应的进行。均相络合催化剂在反应体系中可溶成均相的络合物催

化剂。多数为金属有机化合物、过渡金属的盐类，制备较易，较早地在工业上应用。如烯烃经羰基合成制醛的羰基钴催化剂、膦改性的羰基钴催化剂和羰基铑催化剂、乙烯氧化制乙醛的钯催化剂、甲醇羰基化制醋酸的铑催化剂、烯烃聚合反应中的齐格勒催化剂（四氯化钛-烷基铝）、齐格勒－纳塔催化剂(三氯化钛－烷基铝)，共轭烯烃环化反应中的镍催化剂等

分子筛催化剂：又称沸石催化剂，指以分子筛为催化活性组分或主要活性组分之一的催化剂，工业上用量最大的是分子筛裂化催化剂，它属于固体酸催化剂。

环境催化剂：是指用直接或者间接的方式方法处理有毒有害物质，使之无害化或减量化，以保护和改善周围环境所用的催化剂。

在工程研究中，以催化剂组成结构、性能差异和工艺工程特点为依据，催化剂被分为均相、多相及酶催化剂三大类.

沸石分子筛是一种水合结晶硅铝酸盐，其他等组成表示式是M2/n•Al2O3•mSiO2•PH2O,其中M为金属阳离子或有机阳离子

催化剂的性能不仅取决于其化学组成，而且还与其结构形貌有关 .

工业使用的催化剂随着运转时间的延长，催化剂的活性会逐渐降低，或者完全失去活性，这种现象叫做催化剂的失活。导致催化剂失活的原因很多，归纳起来有3种，即催化剂中毒，催化剂积碳与烧结。

催化剂的孔结构参数主要包括密度、比孔容积、孔隙率、平均孔半径、孔径分布等. 在环保催化领域，具有代表性的新型材料有整体式块状催化剂、二氧化钛、非晶态合金、杂多酸。

载体的作用有分散作用，稳定作用，支撑作用，传热和稀释作用，助催化剂作用。

催化剂的选择性：催化剂并不是对热力学允许的所有化学反应都有同样的功能，而是特别有效地加速平行反应或连串反应中的一个反应，这就是催化剂的选择性。

选择性S（%）=（已转化为目标产物的主要反应物摩尔数/已转化的主要反应物料的总摩尔数）×100%

沉淀法制备催化剂应该如何选择原料？沉淀过程中控制的条件有哪些？

1.沉淀剂选择(1)避免引入有害离子 2)形成的沉淀物必须便于过滤和洗涤.

晶形沉淀带入的杂质少,便于过滤和洗涤。(3)沉淀剂的溶解度要大。(4)形成的沉淀物溶解度要小。(5)沉淀剂必须无毒，不应造成环境污染; 2.沉淀法的影响因素(1)浓度的影响 (2)温度的影响(3)pH的影响(4)加料顺序的影响.

试说明红外光谱在催化剂研究中的应用

在非均相催化反应研究中，红外光谱法已成为常用手段之一。一般说来，这方面的工作主要集中在两个方面：1.研究催化反应机理。2.考察催化剂本身。但对复杂反应来说，红外光谱法用于前者往往受到限制，这是因为反应物、中间物以及最终产物的光谱叠加，大大增加了谱图解析的困难，再者,仪器的扫描速度也难以截获快速反应中寿命短促的中间物的信息，虽然“时间分辨光谱”附件的出现，已可使跟踪速度提高到微秒级，但对反应体系的苛刻要求，以及实验操作的复杂，又使一般实验室望而生畏。然而如果用红外光谱法来研究非均相过程中另一主角催化剂的表面微观状态，则困难往往要小得多。