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第1章 催化活性中心／活性相概念的认知1

1.1 引言1

1.2 经典的催化基础研究（1900～1960年）3

1.2.1 在金属催化剂表面的化学吸附3

1.2.2 化学吸附的分子轨道描述4

1.2.3 化学吸附的主要研究方法5

1.2.4 金属催化剂的d电子理论10

1.2.5 在金属氧化物催化剂表面的化学吸附13

1.2.6 表面键的研究16

1.3 表面科学对催化研究的推动19

1.3.1 活性相／活性中心的识别21

1.3.2 氨合成活性相研究21

1.3.3 探针分子的红外光谱23

1.3.4 参与反应的活性相／活性中心的识别25

1.4 纳米科学与技术对催化科学的冲击28

1.4.1 催化剂活性中心／活性相粒子大小、分布、组成、结构的控制合成和表征28

1.4.2 催化剂活性中心／活性相的形貌控制32

1.4.3 在多孔材料孔中活性相的调控和表征33

1.4.4 纳米反应器的设计合成34

1.4.5 全紫外-可见区激光共振拉曼光谱36

1.4.6 多孔催化材料合成原位表征37

1.4.7 催化中的限域效应40

1.5 展望42

参考文献43

第2章 固体催化剂制备技术原理46

2.1 引言46

2.2 本体催化剂47

2.2.1 沉淀／共沉淀法47

2.2.2 溶胶-凝胶法56

2.3 负载催化剂61

2.3.1 金属离子在载体表面的吸附61

2.3.2 浸渍法66

2.3.3 沉积沉淀法70

2.4 固体催化剂制备技术进展78

2.4.1 微波和等离子体技术78

2.4.2 原子层沉积法81

2.4.3 微／纳乳液法83

2.5 结语和展望87

参考文献88

第3章 氨合成化学98

3.1 引言98

3.2 工业合成氨过程99

3.2.1 原料气制取99

3.2.2 原料气净化100

3.2.3 氨合成及其热力学101

3.3 氨合成催化剂102

3.3.1 催化剂的化学组成102

3.3.2 熔铁催化剂的制备过程与化学反应104

3.3.3 氨合成催化剂的还原106

3.3.4 熔铁催化剂的结构109

3.4 氨合成催化反应机理113

3.4.1 氢气和氮气的活化113

3.4.2 氮化物的形成115

3.4.3 基元步骤116

3.4.4 氨合成反应机理119

3.4.5 氨分解反应机理121

3.4.6 结构敏感与结构非敏感反应122

3.5 氨合成总包反应动力学124

3.5.1 Temkin方程式124

3.5.2 Temkin-Pyzhev氨合成反应速率方程126

3.5.3 氨合成反应宏观动力学127

3.5.4 氨合成反应器130

3.6 新型氨合成催化剂和技术132

3.6.1 新型氨合成催化剂132

3.6.2 新型氨合成技术134

参考文献138

第4章 石油炼制催化作用143

4.1 引言143

4.2 石油的性质及化学组成144

4.3 催化裂化及加氢裂化中的催化作用144

4.3.1 催化裂化反应145

4.3.2 催化裂化催化剂148

4.3.3 催化裂化工艺流程154

4.3.4 加氢裂化反应154

4.3.5 加氢裂化催化剂158

4.3.6 加氢裂化工艺流程161

4.4 加氢精制中的催化作用165

4.4.1 加氢精制中的化学反应165

4.4.2 加氢精制催化剂172

4.5 催化重整中的催化作用176

4.5.1 催化重整中的化学反应177

4.5.2 催化重整催化剂179

4.5.3 催化重整原料的选择和预处理183

4.5.4 催化重整工艺流程184

参考文献186

第5章 三大合成催化189

5.1 引言189

5.1.1 合成高分子的历史发展189

5.1.2 合成高分子材料的重要价值190

5.1.3 合成高分子材料分类191

5.2 高分子材料合成中典型催化问题195

5.2.1 聚烯烃材料及其催化剂195

5.2.2 合成橡胶材料及其催化聚合207

5.2.3 合成聚酯材料及其催化聚合209

5.3 展望211

参考文献212

第6章 合成气化学215

6.1 引言215

6.2 合成气中枢216

6.2.1 合成气中枢的概念216

6.2.2 合成气中枢的催化技术217

6.3 合成气制造218

6.3.1 煤气化制合成气219

6.3.2 天然气（含煤层气、页岩气等）制合成气219

6.3.3 生物质气化制合成气225

6.4 合成气转化利用229

6.4.1 合成气转化利用概述229

6.4.2 合成气转化制含氧化合物229

6.4.3 合成气转化制烃燃料236

6.4.4 合成气转化制低碳烯烃239

6.5 结论和展望243

参考文献243

第7章 石油化工-精细化工249

7.1 引言249

7.2 催化加氢251

7.2.1 加氢催化剂252

7.2.2 苯加氢制环己烯253

7.2.3 硝基化合物加氢制芳香胺254

7.2.4 脂肪酸及其酯加氢255

7.2.5 生物质来源化合物加氢制化学品256

7.3 烃类催化氧化258

7.3.1 烃类氧化催化剂260

7.3.2 环己烷氧化制环己酮和己二酸268

7.3.3 对二甲苯氧化制对苯二甲酸270

7.3.4 甲苯和乙苯氧化273

7.3.5 苯氧化制苯酚274

7.3.6 环己烯氧化制己二酸277

7.3.7 丙烯环氧化制环氧丙烷278

7.4 醇催化氧化制醛（酮）279

7.4.1 贵金属催化体系279

7.4.2 非贵金属体系282

7.4.3 有机催化体系284

7.5 氨氧化286

7.5.1 丙烯氨氧化286

7.5.2 丙烷氨氧化287

7.5.3 甲苯及取代甲苯氨氧化287

7.5.4 结语288

7.6 羰基化288

7.6.1 烯烃氢甲酰化289

7.6.2 烯烃氢羧基化290

7.6.3 甲醇羰基化291

7.6.4 卤代烷与CO的羰基化反应292

7.6.5 胺与CO的羰基化反应292

7.7 酯化292

7.7.1 酯化反应的类型292

7.7.2 酯化反应历程与热力学293

7.7.3 酯化反应的催化剂294

7.7.4 酯化工艺295

7.8 展望295

参考文献296

第8章 环境催化306

8.1 环境催化及其特殊性306

8.1.1 环境催化的定义、研究对象和任务307

8.1.2 环境催化的特殊性309

8.2 移动源燃烧排放的催化净化310

8.2.1 汽油车尾气催化净化311

8.2.2 柴油机和稀燃汽油机尾气催化净化316

8.2.3 清洁燃料车尾气催化净化322

8.3 固定源燃烧排放的催化净化324

8.3.1 烟气选择性催化还原脱硝原理和技术325

8.3.2 烟气催化脱硫330

8.3.3 同时催化脱硫脱硝技术333

8.4 室内空气催化净化335

8.4.1 室内空气光催化净化336

8.4.2 室内空气常温催化净化337

8.4.3 低温等离子体协同催化技术339

8.5 水处理过程中的多相催化342

8.5.1 光催化水处理技术342

8.5.2 绿化催化新工艺——芬顿技术的发展及应用344

8.5.3 臭氧催化氧化水处理技术346

8.5.4 湿式催化氧化技术347

8.5.5 双金属催化剂催化去除水中硝酸盐350

8.6 温室效应和臭氧层消耗物质的催化转化352

8.6.1 甲烷二氧化碳催化重整352

8.6.2 氧化亚氮的催化消除353

8.6.3 氯氟烃的无害化357

8.6.4 羰基硫的催化水解和氧化358

参考文献360

第9章 生物质催化转化368

9.1 生物质简介368

9.1.1 生物质的定义368

9.1.2 生物质的分类369

9.1.3 生物质的主要组分369

9.1.4 生物质的转化利用371

9.2 纤维素转化371

9.2.1 组成结构371

9.2.2 理化性质373

9.2.3 纤维素的催化转化374

9.3 半纤维素转化384

9.3.1 组成385

9.3.2 理化性质387

9.3.3 半纤维素的催化转化387

9.4 木质素393

9.4.1 组成结构393

9.4.2 木质素的性质394

9.4.3 木质素的催化转化395

9.5 糖及其衍生物的转化409

9.5.1 糖的基本知识410

9.5.2 单糖、寡糖和多糖411

9.5.3 单糖的催化转化415

9.6 多元醇的转化426

9.6.1 多元醇性质和来源426

9.6.2 多元醇的转化利用428

9.7 油脂和藻类生物质438

9.7.1 油脂的分类与组成438

9.7.2 油脂的利用439

9.7.3 微藻的利用446

9.7.4 微藻的催化转化利用448

参考文献449

作者简介463