目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 催化作用與催化劑 1
1.1.1 催化作用和催化劑的定義 1
1.1.2 催化作用的特征 2
1.1.3 固體催化劑的組成、結(jié)構(gòu)與重要性質(zhì) 5
1.1.4 催化循環(huán) 12
1.2 催化反應(yīng)與催化劑的分類 12
1.2.1 按催化反應(yīng)體系物相的均一性分類 12
1.2.2 按催化反應(yīng)類型分類 13
1.2.3 按催化反應(yīng)機(jī)理分類 14
1.2.4 按催化劑分類 15
1.3 催化學(xué)科發(fā)展及催化表征方法概述 16
1.3.1 催化學(xué)科的發(fā)展 16
1.3.2 催化表征方法的發(fā)展概況 18
習(xí)題 19
參考文獻(xiàn) 19
第2章 納米結(jié)構(gòu)固體催化劑的制備方法 20
2.1 沉淀法 20
2.1.1 沉淀法的基本原理及分類 20
2.1.2 晶核生成與生長(zhǎng) 23
2.1.3 沉淀法晶核生成的經(jīng)典理論 25
2.1.4 沉淀法的控制因素 29
2.1.5 沉淀?xiàng)l件對(duì)催化劑性能的影響 31
2.1.6 沉淀的后處理過(guò)程 35
2.2 浸漬法 36
2.2.1 浸漬法的基本原理及分類 36
2.2.2 浸漬法載體與活性組分 39
2.2.3 活性組分的濃度分布與控制 41
2.2.4 浸漬法制備負(fù)載型催化劑的工藝條件及影響因素 44
2.3 球磨法 52
2.3.1 球磨法的定義及工藝流程 53
2.3.2 球磨法制備多組分復(fù)合催化劑的影響因素 54
2.4 水熱和溶劑熱法 55
2.4.1 水熱和溶劑熱法的技術(shù)特點(diǎn)及反應(yīng)機(jī)理 55
2.4.2 水熱和溶劑熱法的反應(yīng)類型 57
2.4.3 水熱和溶劑熱法的影響因素 59
2.4.4 水熱和溶劑熱法制備納米結(jié)構(gòu)催化劑的研究實(shí)例 61
2.5 溶膠-凝膠法 61
2.5.1 溶膠-凝膠法的概念及基本原理 61
2.5.2 溶膠-凝膠法制備納米結(jié)構(gòu)催化劑的基本過(guò)程與制備工藝 65
2.5.3 溶膠-凝膠法制備納米結(jié)構(gòu)催化劑的影響因素 67
2.5.4 溶膠-凝膠法制備納米結(jié)構(gòu)催化劑的研究實(shí)例 71
習(xí)題 71
參考文獻(xiàn) 71
第3章 薄層結(jié)構(gòu)催化劑的制備方法 73
3.1 層狀結(jié)構(gòu)催化材料簡(jiǎn)介 73
3.2 層狀結(jié)構(gòu)催化材料的剝離 74
3.3 剝離原理和方法 74
3.3.1 氧化剝離 75
3.3.2 超聲剝離 76
3.3.3 插層剝離 77
3.3.4 電化學(xué)剝離 80
習(xí)題 83
參考文獻(xiàn) 83
第4章 多孔結(jié)構(gòu)催化劑的制備方法 85
4.1 模板法 85
4.1.1 模板法的基本原理、分類與特點(diǎn) 85
4.1.2 硬模板法 86
4.1.3 軟模板法 90
4.1.4 模板法制備多孔結(jié)構(gòu)催化劑的應(yīng)用實(shí)例 94
4.2 后處理法 98
4.2.1 脫鋁法 98
4.2.2 脫硅法 100
4.2.3 脫硅-重結(jié)晶法 102
4.2.4 離子交換法 103
習(xí)題 104
參考文獻(xiàn) 104
第5章 固體催化劑的成型方法與技術(shù) 107
5.1 固體催化劑成型與成型助劑 107
5.1.1 成型目的 107
5.1.2 成型作用力與機(jī)理 109
5.1.3 成型助劑 111
5.2 固體催化劑成型方法與工藝 112
5.2.1 壓縮成型 112
5.2.2 擠出成型 113
5.2.3 轉(zhuǎn)動(dòng)成型 116
5.2.4 噴霧干燥成型 117
5.2.5 油中成型 120
5.2.6 其他成型方法 122
5.3 固體催化劑成型技術(shù)的應(yīng)用典型案例分析 123
5.3.1 擠出成型法制備條形分子篩催化劑 123
5.3.2 擠出成型法制備蜂窩狀氮化硼催化劑 123
5.3.3 噴霧干燥成型法制備催化裂化催化劑 124
5.3.4 噴霧分散-油柱成型法制備蒽醌加氫催化劑載體 125
習(xí)題 126
參考文獻(xiàn) 126
第6章 固體催化劑的顆粒分析與機(jī)械強(qiáng)度測(cè)定 127
6.1 顆粒度 127
6.1.1 固體催化劑顆粒與顆粒度的基本概念 127
6.1.2 固體催化劑顆粒的形狀及分類 127
6.2 固體催化劑的顆粒尺寸分布表示 129
6.2.1 固體催化劑顆粒粒徑表示方法 129
6.2.2 固體催化劑顆粒度(粒徑)分布 132
6.3 顆粒度分析方法 133
6.3.1 篩分法 134
6.3.2 沉降法 135
6.3.3 激光法 136
6.3.4 電子顯微鏡法 137
6.3.5 電阻法 138
6.4 壓碎強(qiáng)度 139
6.4.1 單顆粒壓碎強(qiáng)度 139
6.4.2 堆積顆粒壓碎強(qiáng)度 140
6.5 磨損強(qiáng)度 140
習(xí)題 141
參考文獻(xiàn) 141
第7章 固體催化劑的宏觀物性測(cè)定 142
7.1 固體催化劑吸附理論 142
7.1.1 吸附的概念 142
7.1.2 物理吸附和化學(xué)吸附 142
7.1.3 吸附等溫線及其分類 143
7.1.4 經(jīng)典吸附理論 145
7.2 固體催化劑比表面積測(cè)量與計(jì)算 148
7.2.1 Langmuir單分子層吸附計(jì)算比表面積 148
7.2.2 BET法 148
7.2.3 單點(diǎn)BET法 149
7.2.4 B 點(diǎn)法計(jì)算比表面積 149
7.2.5 經(jīng)驗(yàn)作圖法(V-t法) 150
7.3 固體催化劑孔結(jié)構(gòu)特征與分析 150
7.3.1 孔大小分類 150
7.3.2 孔形的估計(jì) 151
7.3.3 滯后環(huán)的形狀 152
7.3.4 毛細(xì)凝聚與Kelvin公式 153
7.3.5 分析中孔的V-t曲線法 156
7.3.6 BJH 法確定中孔孔徑分布 157
7.3.7 微孔分布 158
7.3.8 壓汞法 161
7.3.9 其他孔結(jié)構(gòu)表征方法 162
7.4 固體催化劑的孔結(jié)構(gòu)與催化作用 163
7.4.1 固體催化劑的孔結(jié)構(gòu)與組成 163
7.4.2 孔結(jié)構(gòu)與催化作用 164
習(xí)題 165
參考文獻(xiàn) 165
第8章 催化反應(yīng)器及催化劑活性評(píng)價(jià)方法 166
8.1 催化反應(yīng)器和多相催化反應(yīng)評(píng)價(jià)系統(tǒng) 166
8.1.1 間歇式反應(yīng)器 166
8.1.2 連續(xù)流動(dòng)式反應(yīng)器 167
8.1.3 膜催化反應(yīng)器 170
8.1.4 光催化反應(yīng)器 171
8.1.5 多相催化反應(yīng)評(píng)價(jià)系統(tǒng) 175
8.2 多相催化反應(yīng)過(guò)程與動(dòng)力學(xué) 176
8.2.1 多相催化反應(yīng)過(guò)程的主要步驟 176
8.2.2 多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 180
8.3 多相催化反應(yīng)機(jī)理 186
8.3.1 吸附勢(shì)能曲線 186
8.3.2 Langmuir-Hinshelwood機(jī)理 188
8.3.3 Langmuir-Rideal機(jī)理 189
8.3.4 多相催化反應(yīng)機(jī)理的研究實(shí)例 189
習(xí)題 190
參考文獻(xiàn) 190
第9章 熱分析技術(shù)和程序升溫分析技術(shù) 191
9.1 熱分析技術(shù) 191
9.1.1 熱重法 192
9.1.2 差熱分析 193
9.1.3 差示掃描量熱法 195
9.2 程序升溫分析技術(shù) 196
9.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置及測(cè)試方法 196
9.2.2 程序升溫脫附 197
9.2.3 程序升溫還原 201
9.2.4 程序升溫氧化 204
9.2.5 程序升溫硫化 204
9.2.6 程序升溫表面反應(yīng) 204
9.3 熱分析技術(shù)和程序升溫技術(shù)的應(yīng)用 204
9.3.1 熱分析技術(shù)的應(yīng)用 205
9.3.2 程序升溫技術(shù)的應(yīng)用 207
9.4 程序升溫技術(shù)展望 213
習(xí)題 214
參考文獻(xiàn) 214
第10章 催化劑結(jié)構(gòu)表征方法 215
10.1 X射線衍射晶體結(jié)構(gòu)分析 215
10.1.1 X射線的本質(zhì) 215
10.1.2 X射線衍射的基本原理 218
10.1.3 X射線衍射實(shí)驗(yàn)方法 220
10.1.4 固體催化劑物相鑒定與定量分析 226
10.1.5 X 射線衍射技術(shù)在催化研究中的應(yīng)用 231
10.2 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)分析 232
10.2.1 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜的基本原理 232
10.2.2 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜的實(shí)驗(yàn)要求 237
10.2.3 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜圖解析 243
10.2.4 X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)分析在光催化研究中的應(yīng)用 249
習(xí)題 250
參考文獻(xiàn) 250
第11章 催化劑表面組成分析技術(shù) 251
11.1 X射線光電子能譜 251
11.1.1 固體能帶和表面能級(jí) 251
11.1.2 X射線光電子能譜的基本原理 253
11.1.3 X射線光電子能譜儀與實(shí)驗(yàn)技術(shù) 254
11.1.4 組分識(shí)別 256
11.1.5 價(jià)態(tài)分析 260
11.1.6 X射線光電子能譜解析實(shí)例分析 260
11.2 紫外光電子能譜 261
11.2.1 紫外光電子能譜的基本原理 261
11.2.2 紫外光電子能譜儀與實(shí)驗(yàn)技術(shù) 262
11.2.3 表面組分識(shí)別與電子結(jié)構(gòu)信息 263
11.2.4 功函數(shù)測(cè)量與振動(dòng)精細(xì)結(jié)構(gòu)識(shí)別 265
11.2.5 紫外光電子能譜解析實(shí)例分析 267
11.3 電子順磁共振技術(shù) 267
11.3.1 電子順磁共振技術(shù)的原理及特點(diǎn) 268
11.3.2 電子順磁共振技術(shù)的研究對(duì)象 270
11.3.3 電子順磁共振譜圖解析 271
11.3.4 電子順磁共振技術(shù)在光催化研究中的應(yīng)用與前沿實(shí)例分析 274
習(xí)題 274
參考文獻(xiàn) 275
第12章 催化劑形貌結(jié)構(gòu)分析技術(shù) 276
12.1 電子波與電磁透鏡 276
12.1.1 光學(xué)顯微鏡的分辨率 276
12.1.2 電子波 277
12.1.3 電磁透鏡 278
12.2 透射電子顯微鏡 280
12.2.1 透射電子顯微鏡的儀器構(gòu)造及成像原理 280
12.2.2 透射電子顯微鏡的樣品制備及實(shí)驗(yàn)技術(shù) 283
12.2.3 透射電子顯微鏡電子衍射譜圖與前沿實(shí)例分析 285
12.3 掃描電子顯微鏡 288
12.3.1 掃描電子顯微鏡的儀器構(gòu)造及成像原理 289
12.3.2 掃描電子顯微鏡的樣品制備及測(cè)定要求 291
12.3.3 掃描電子顯微技術(shù)和能譜分析技術(shù)前沿實(shí)例 292
12.4 原子力顯微鏡 294
12.4.1 原子力顯微鏡的基本原理及儀器結(jié)構(gòu) 294
12.4.2 原子力顯微鏡的工作模式及研究對(duì)象 296
12.4.3 原子力顯微鏡研究的應(yīng)用與前沿實(shí)例分析 298
習(xí)題 300
參考文獻(xiàn) 300
第13章 原位光譜監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法 301
13.1 紫外-可見漫反射光譜 301
13.1.1 紫外-可見漫反射光譜的基本原理 301
13.1.2 紫外-可見漫反射光譜的測(cè)試方法 302
13.1.3 影響紫外-可見漫反射光譜的因素 303
13.1.4 紫外-可見漫反射光譜譜圖解析 304
13.1.5 紫外-可見漫反射光譜在催化研究中的應(yīng)用與前沿實(shí)例分析 306
13.2 原位Fourier變換紅外光譜 307
13.2.1 Fourier變換紅外光譜的基本原理 307
13.2.2 各類有機(jī)化合物基團(tuán)的特征吸收 309
13.2.3 影響吸收峰位置變化的因素 309
13.2.4 原位Fourier變換紅外光譜譜圖解析 310
13.2.5 電化學(xué)原位紅外光譜 311
13.2.6 原位紅外光譜在光催化研究中的應(yīng)用與前沿實(shí)例分析 314
13.3 原位Raman光譜 315
13.3.1 紫外Raman光譜的基本原理及特點(diǎn) 316
13.3.2 共振Raman光譜的原理、技術(shù)及特點(diǎn) 317
13.3.3 原位Raman光譜與SEM、AFM、紅外光譜等聯(lián)用技術(shù) 318
13.3.4 原位共振Raman光譜技術(shù)催化研究熱點(diǎn)與前沿實(shí)例分析 319
13.3.5 原位紫外Raman光譜研究催化劑積碳失活與活性中心的前沿實(shí)例分析 320
習(xí)題 321
參考文獻(xiàn) 322
第14章 時(shí)空分辨的光譜技術(shù) 323
14.1 飛秒激光 323
14.1.1 飛秒激光的基本原理 323
14.1.2 飛秒激光技術(shù) 326
14.1.3 飛秒激光放大技術(shù) 336
14.1.4 飛秒激光泵浦-探測(cè)技術(shù) 341
14.2 時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收光譜 344
14.2.1 分子吸收光譜的特征參數(shù) 345
14.2.2 閃光光解-瞬態(tài)吸收光譜法的原型 348
14.2.3 納秒、飛秒瞬態(tài)吸收光譜法 350
14.2.4 飛秒泵浦-探測(cè)瞬態(tài)吸收測(cè)量系統(tǒng)、光譜儀器與譜圖解析 356
14.2.5 飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)在光催化研究中的應(yīng)用與前沿實(shí)例分析 366
14.3 時(shí)間分辨瞬態(tài)紅外吸收光譜 367
14.3.1 納秒時(shí)間分辨紅外吸收光譜系統(tǒng) 368
14.3.2 飛秒時(shí)間分辨紅外吸收光譜系統(tǒng) 370
14.3.3 時(shí)間分辨紅外吸收光譜技術(shù)在光催化研究中的應(yīng)用與前沿實(shí)例分析 370
14.4 時(shí)空分辨超快顯微成像技術(shù) 371
14.4.1 超高分辨率顯微術(shù)的基本原理 371
14.4.2 超快瞬態(tài)吸收顯微成像技術(shù)原理 375
14.4.3 超快瞬態(tài)吸收顯微成像技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 376
習(xí)題 376
參考文獻(xiàn) 376