多相催化原理

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出版者:复旦大学出版社
作者:刘旦初
出品人:
页数:241
译者:
出版时间:1997-09
价格:16.00
装帧:平装
isbn号码:9787309018790
丛书系列:
图书标签:
  • 催化
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  • 多相催化
  • 化学工程
  • 催化剂
  • 表面化学
  • 反应动力学
  • 材料科学
  • 化学工业
  • 传质
  • 吸附
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具体描述

内 容 提 要

本书为一本阐述多相催化基本原理的专业基础课教材。全书分为

五章:第一章为基本概念与定义,集中催化专业中的概念、定义及所需

基础知识于这一章,以便为后继学习打好必要的基础;第二章和第三章

分别为物理吸附和催化剂的表面宏观性质,以及化学吸附及表面吸附

态,这两章讲述吸附过程的规律以及与催化的关系;第四章为催化反应

动力学,介绍基元步骤以及总反应的动力学行为及其规律;第五章介绍

各类催化剂的催化性能以及各自的特殊规律。本书在阐述多相催化基

础知识的同时,将多相催化中的一些新概念、新材料、新方法有机地结

合于其中。本书适用于作化学或化工类中催化专业的专业基础课教材,

也可作为自学入门课本。

《化合之道:探寻物质转化的艺术》 本书是一部深入浅出、引人入胜的化学著作,旨在带领读者探索物质如何通过巧妙的相互作用,从一种形态转化为另一种形态的迷人世界。我们将摆脱抽象的理论,聚焦于那些隐藏在日常现象背后、驱动着现代工业和社会进步的化学反应。 核心探索:催化剂的角色与魅力 全书的焦点将集中在“催化剂”——那些能够加速化学反应速率,但自身在反应前后却不发生永久性变化的物质。它们如同化学反应的“催化剂”,以其独特的存在,极大地提高了生产效率,降低了能源消耗,并使得许多原本无法实现的转化成为可能。我们将从宏观视角审视催化剂的广泛应用,从石油炼制、化肥生产,到环境保护,再到生物体内无数的酶促反应,无不闪耀着催化剂智慧的光芒。 深入剖析:反应机理的奥秘 为了理解催化剂的神奇之处,本书将带领读者潜入微观世界,深入探究化学反应的发生机制。我们将详细介绍: 反应活化能的降低: 催化剂如何通过提供新的反应路径,降低化学反应所需的能量壁垒,从而加速反应速率。我们将用生动的比喻和图示来解释这一核心概念,让读者直观感受催化剂的“省力”作用。 表面吸附与活化: 对于固体催化剂而言,反应物分子如何在其表面吸附,并通过形成中间产物或改变反应物分子内部的键合方式,从而更容易发生转化。我们将探讨不同类型的吸附(物理吸附与化学吸附)及其对催化效率的影响。 活性位点的设计与调控: 催化剂的性能往往取决于其表面活性位点的结构、尺寸和电子性质。本书将介绍科学家如何通过精密的合成技术,设计和调控催化剂的活性位点,以实现对反应的选择性(即催化剂倾向于生成特定产物而非混合物)和活性(即催化剂的效率)。 电子转移与能量传递: 在许多复杂的催化过程中,电子的得失以及能量的传递扮演着至关重要的角色。我们将讨论氧化还原催化、光催化等领域,阐释能量在驱动化学转化中的作用。 应用纵横:催化剂的无限可能 本书将广泛展现催化剂在各个领域的颠覆性应用,并着重于其背后所蕴含的科学原理: 能源领域: 化石燃料转化: 介绍催化裂化、催化重整等技术如何在石油炼制过程中,将复杂的碳氢化合物转化为更具价值的汽油、柴油等。 新能源开发: 探讨催化剂在燃料电池(如质子交换膜燃料电池和固体氧化物燃料电池)中的关键作用,以及它们如何实现高效的电化学能转换。 绿色氢能: 介绍电解水制氢、甲烷重整制氢等过程中催化剂的最新进展,强调其在构建可持续能源体系中的地位。 碳捕获与利用(CCU): 探讨催化剂如何将二氧化碳转化为有价值的化学品,如甲醇、甲烷等,为应对气候变化提供解决方案。 化工生产: 氨合成: 详细介绍哈伯-博世法中铁基催化剂的原理,及其对人类农业发展的巨大贡献。 高分子材料合成: 阐述聚合反应中金属有机催化剂、Ziegler-Natta催化剂等如何实现聚合物的精准控制合成。 精细化学品制造: 介绍不对称催化在手性药物、农药等领域的重要性,以及如何利用手性催化剂合成单一的对映体。 环境保护: 汽车尾气净化: 深入讲解三元催化器如何将汽车尾气中的有害气体(CO、NOx、未燃烧的碳氢化合物)转化为无害的物质(CO2、N2、H2O)。 工业废气处理: 介绍催化氧化、选择性催化还原(SCR)等技术如何去除工业生产中的污染物。 水处理: 探讨催化剂在降解有机污染物、去除重金属等方面的应用。 生命科学: 酶催化: 将生物体内高度特异性和高效性的酶类催化剂作为典范,探讨其结构与功能的精妙配合。 生物模拟催化: 介绍科学家如何从酶催化机理中汲取灵感,设计和合成模仿酶功能的非生物催化剂。 科学前沿与未来展望 本书还将目光投向催化科学的前沿领域,展望其未来的发展趋势: 纳米催化: 探索纳米材料作为催化剂的优势,如高比表面积、独特的量子效应等,以及它们在新能源、环境治理等领域的应用潜力。 单原子催化: 介绍将单个金属原子分散在载体上形成高度分散的催化活性位点,以及其在提高催化剂效率和选择性方面的突破。 人工智能与机器学习在催化研究中的应用: 探讨如何利用大数据和人工智能技术,加速催化剂的设计、筛选和优化过程。 可持续催化: 强调发展环境友好、资源节约的催化技术,以实现化工生产的绿色化和可持续发展。 《化合之道:探寻物质转化的艺术》不仅仅是一本化学教材,它更是一次对科学智慧的赞颂,一次对人类改造自然能力的探索。它将激发读者对物质世界的无限好奇,并为理解我们所处的世界提供一个全新的视角。无论您是化学专业的学生、研究人员,还是对科学充满兴趣的普通读者,本书都将为您打开一扇通往奇妙化学世界的大门。

作者简介

目录信息

目 录
第一章 基本概念及定义
一、催化作用及其特点
1催化剂
2催化作用的特点
3催化剂的作用本质
二、催化剂性能的表征
1活性
2选择性
3稳定性
三、催化剂常用制备方法和处理方式
1浸渍法
2沉淀法
3混合法
4沥滤法
5热熔融法
6电解法
7离子交换法
四、流动体系的反应速率测定关系式
1连续进料槽式反应器
2柱塞流管式反应器
3积分反应器所得数据的两种处理方式
五、实验室常用反应器
1固定床管式反应器
2外循环反应器
3内循环反应器
4搅拌式反应器
5微型反应器
第二章 物理吸附与催化剂表面宏观结构
一、Lennard-Jones吸附位能曲线图
二、吸附的两大类型――物理吸附和化学吸附
1吸附推动力
2物理吸附与化学吸附的鉴别
三、物理吸附的理论基础
1Langmuir吸附等温式
2BET吸附理论
四、催化剂表面的宏观性质
1表面积
2孔结构
第三章 化学吸附与表面吸附态
一、吸附强度的表征
1吸附强度与催化活性的关系
2吸附热的测定
3不均匀性的成因
二、吸附量的表征
1Langmuir吸附等温式
2Temkin吸附等温式
3Freundlich吸附等温式
三、吸附过程动力学
1吸附模型
2吸附速率方程
四、热脱附过程动力学
1闪灼脱附法
2程序升温热脱附法
五、化学吸附形态
1氢的吸附态
2一氧化碳的吸附态
3氧的吸附态
4氮的吸附态
5烃类的吸附态
第四章 多相催化反应动力学
一、基本概念及定义
1反应速率
2转换数和转换速率
3反应机理和基元步骤
4速率控制步骤
5多相催化动力学中应用的经典速度理论
二、表面反应动力学
1单分子反应(L-H方法)
2双分子反应(H-W方法)
三、总包反应动力学
1动力学中的化学反应表达式
2化学计算数
3总包反应速率与基元步骤速率之间的一般关系
4总包反应的亲和势与速率控制步骤的关系
5平均化学计算数σ的概念和交换速率
6平均化学计算数σ的确定方法
7反应速率方程的又一种确立方法――二步序列法
四、补偿效应
五、多相催化反应中的扩散效应
1外扩散效应的判断及其消除
2内扩散效应的判断及其消除
3有效因子
4内扩散效应对动力学参数的影响
第五章 各类催化剂的表面性质及其催化
活性
一、固体酸碱催化剂
1固体酸碱的定义和度量
2固体酸碱物质的分类
3产生固体酸碱的机理
4多相酸碱催化反应机理举例――催化裂化反应
二、沸石分子筛催化剂
1沸石分子筛的命名
2沸石分子筛的结构
3沸石分子筛的催化作用特点
4表征沸石分子筛孔结构特性的探针反应方法
5新型沸石分子筛材料
三、金属催化剂
1d空穴概念及其与催化的关系
2d%及其与催化活性的关系
3几何因素对催化活性的影响――多位理论
4能量对应原则
5结构敏感与非敏感反应
6氢溢流效应
7金属-载体强相互作用(SMSI作用)
四、半导体催化剂
1半导体的能带结构
2费米能级EF与电子逸出功Φ
3半导体催化剂的化学吸附本质
4半导体催化剂的催化活性
5半导体催化剂的选择原则
6半导体催化剂应用实例――丙烯氨氧化制丙烯腈
参考文献
习题
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书对于研究多相催化领域前沿动态的读者来说,无疑是一份宝贵的参考。它不仅涵盖了基础理论,更对一些新兴的研究方向进行了深入的探讨。例如,书中关于“单原子催化剂”的部分,详细介绍了其独特的结构特点、理论优势以及在能源转化、环境治理等领域的应用前景,这让我看到了催化研究的无限可能性。作者还对“多功能催化剂”的设计思路进行了阐述,强调了如何通过巧妙的结构设计,实现多种催化功能在同一材料上的协同作用,这为我未来在材料设计方面提供了新的思路。此外,书中对“原位表征技术”的介绍也让我印象深刻,认识到这些先进的实验技术对于揭示催化反应过程的重要性,为我未来的实验研究指明了方向。总的来说,这本书提供了一个观察多相催化领域最新进展的窗口。

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这本书的语言风格非常吸引人,作者并非一味地堆砌枯燥的专业术语,而是善于用生动形象的比喻来解释复杂的概念。例如,在描述活性位点时,作者将其比作“催化剂的眼睛”,形象地说明了活性位点在识别和捕获反应物分子中的关键作用。他还用“舞蹈”来形容催化反应中的分子运动和相互作用,使得原本抽象的化学过程变得富有动态感和趣味性。这种写作方式大大降低了阅读难度,让我在轻松愉快的阅读体验中,逐渐掌握了多相催化领域的核心知识。我感觉就像是在听一位经验丰富的老师在耐心讲解,时不时还穿插一些有趣的轶事或历史背景,让整个学习过程不枯燥,反而充满了探索的乐趣。这种人文关怀与科学严谨的结合,是我在这本书中感受到的最独特的魅力。

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这本书的理论深度绝对超出了我的预期,它不仅仅是在描述现象,更是在深入剖析现象背后的机制。作者在阐述催化剂的结构与性能关系时,用了大量的篇幅来解释不同晶面、不同配位环境的原子如何影响反应活性和选择性,这部分内容非常硬核,需要一定的化学基础才能完全理解。但我正是喜欢这种挑战,它让我感觉自己不是在被动接受知识,而是在主动思考和学习。特别是关于表面吸附与反应机理的部分,作者通过多种模型(如Langmuir、Freundlich等)的详细推导和对比,清晰地展示了不同吸附模型在描述实际催化过程中的优劣,这对于我理解催化反应动力学有着极大的帮助。书中还引用了大量的实验数据和计算模拟结果来佐证理论,这使得整个论述更加严谨和有说服力。我感觉自己就像置身于一个大型的实验室,通过这些理论的指导,能够更好地设计和理解实验,甚至预测催化剂的性能。

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这本书的装帧和印刷质量确实相当不错,纸张的触感很舒服,拿在手里有分量,不是那种轻飘飘的廉价感。封面的设计也比较有艺术性,虽然是技术类书籍,但色彩搭配和图案的运用都显得很专业,没有过于花哨,但又不失格调。我一开始就被它的外观吸引了,觉得这是一本值得细细品读的著作。翻开第一页,目录的排版清晰明了,章节的划分也很合理,让人对全书的知识体系有一个初步的认识。尽管我之前对多相催化领域了解不多,但目录中的一些关键词,如“活性位点”、“吸附”、“催化循环”等,立刻勾起了我的好奇心,让我迫不及待地想深入了解它们背后的科学原理。而且,书中似乎涉及了一些前沿的研究方向,比如新型催化材料的设计和应用,这让我觉得这本书不仅仅是基础理论的堆砌,还包含了不少最新的研究动态,非常具有时效性。我非常期待这本书能为我打开一个全新的科学世界,让我能够更系统、更深入地理解多相催化这一重要领域。

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这本书在图文结合方面做得非常出色,大量的示意图、反应机理图、晶体结构图和实验照片,使得复杂的概念变得更加直观易懂。我尤其喜欢那些展示催化剂表面原子排列和反应过程中分子吸附、脱附过程的示意图,它们清晰地描绘了微观世界中的化学变化,让我能够“看见”催化过程。而且,这些图例的设计非常精美,线条流畅,色彩搭配合理,既具有学术性,又不失美感。文字描述和图示相互呼应,相得益彰,大大提升了我的阅读效率和理解深度。我可以想象,作者在绘制这些图示时,一定付出了很多心血,力求将最准确、最清晰的信息传达给读者。这种严谨的态度,体现在了书中的每一个细节。

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我最近一直在尝试将书中的一些理论知识应用到我的实际工作中,尤其是在选择催化剂方面。这本书提供了非常详尽的关于不同类型催化剂(例如金属、氧化物、碳基材料等)的结构特点、制备方法以及它们在不同反应中的表现。我之前一直比较依赖经验来选择催化剂,但这本书让我意识到,理解催化剂的微观结构和电子性质对于优化反应至关重要。书中对负载型催化剂的载体效应的分析尤为精彩,详细解释了载体如何影响活性组分的 dispersion、稳定性以及电子性质,这给我很大的启发。我开始尝试根据书中提出的原则,去设计一些新的催化剂配方,并且在实验中观察到了意想不到的积极效果。这让我非常有成就感,也更加坚信这本书的实用价值。它不只是一本理论书,更像是一个宝贵的工具箱,为我解决实际问题提供了坚实的理论基础和指导。

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这本书的组织结构非常精巧,它从宏观的催化剂分类和应用,逐渐深入到微观的催化机理和原理,最后又回到了催化剂的设计和优化,形成了一个完整的知识闭环。每一章的内容都承上启下,逻辑关系非常紧密。我发现,即使是看似独立的小节,也都能在前后文中找到呼应,这种“脉络感”让我对整个多相催化体系有了更全面的认识。作者似乎非常善于构建知识体系,他能够将庞杂的信息梳理得井井有条,让读者能够循序渐进地掌握知识。这种结构化的讲解方式,对于我这样想要系统学习某个领域知识的读者来说,简直是福音。我感觉自己不再是零散地获取信息,而是构建了一个坚实的知识框架。

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这本书在学术引用方面做得非常到位,大量的参考文献列表,涵盖了经典文献和最新的研究成果,为我提供了进一步深入研究的宝贵资源。作者并没有回避学术争议,而是对一些前沿问题,列举了不同的观点和实验证据,并进行了客观的分析。这让我认识到,科学研究的进步并非一蹴而就,而是充满了探索、质疑和修正的过程。我也从中学习到了如何去评估和借鉴他人的研究成果,如何去撰写严谨的学术论文。这种严谨的学术精神,贯穿于全书的始终,也激励着我以更科学、更严谨的态度去面对我的学习和研究。这本书不仅仅是知识的传递,更是治学态度的熏陶。

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我一直对催化研究在解决人类社会面临的重大挑战中所扮演的角色充满兴趣,而这本书无疑为我提供了更深刻的洞察。它在介绍多相催化在能源、环境、化工等领域的应用时,不仅仅列举了具体的催化反应,还深入分析了这些应用如何解决现实问题,例如如何通过催化技术实现清洁能源的生产,如何减少工业废气的排放,以及如何提高化学合成的效率和原子经济性。书中对于“绿色化学”理念在多相催化中的体现,也进行了详细的阐述,让我认识到催化研究不仅是为了科学进步,更是为了可持续发展。我感觉这本书让我看到了科学的力量,它能够为人类社会带来实实在在的福祉,这让我对投身于这个领域充满了热情。

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我一直对那些能够解释“为什么”的书籍情有独钟,而这本书恰恰满足了我的这一需求。它不仅仅告诉我们“是什么”,更深入地探讨了“为什么会这样”。在解释催化剂的稳定性和失活机理时,作者并没有简单地列举几种失活形式,而是从热力学和动力学的角度,详细分析了催化剂在高温、高压、腐蚀性环境下的结构演变和化学反应,例如氧化、还原、烧结、积碳等。这种深入的机理分析,让我能够理解为什么某些催化剂在特定条件下会失效,并且能够有针对性地去改进催化剂的设计,提高其稳定性。书中还探讨了催化剂在长期服役过程中性能衰减的动态过程,这对于我们开发长寿命的催化剂至关重要。我感觉这本书教会了我一种批判性思维,不满足于表面的现象,而是去追溯其本质原因。

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