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| 內容簡介： |
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《应用催化基础》全面介绍了催化剂基础知识及其应用领域和最新进展。全书共分为12章：第1章概述了催化科学和技术的发展简史及催化发展的新领域，第2章论述了催化的化学基础，第3章简述了催化的工程基础，第4～9章分别介绍了各类催化剂及其应用和最新进展，包括酸碱催化剂、金属催化剂、过渡金属氧化物催化剂、过渡金属有机配合物催化剂、生物催化剂及电催化剂，第10章介绍了固体催化剂的设计，第11章涉及固体催化剂制备与成型，第12章是固体催化剂表征技术。本书可作为高等院校化学工程与工艺、能源化学工程、制药工程及其他相关专业本科生教材使用，也可以作为研究生或其他科研人员的参考书。
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| 目錄：
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第1章 绪论 001
1.1 催化概念的产生及形成 001
1.2 重要的工业催化过程 002
1.3 催化科学与技术发展的新领域 004
1.3.1 新型催化材料及其应用 004
1.3.2 催化科学与技术的发展趋势 006
第2章 催化的化学基础 008
2.1 催化作用与催化剂 008
2.1.1 催化作用的定义及特征 008
2.1.2 催化剂的组成及其功能 010
2.1.3 催化剂的结构 013
2.1.4 催化剂的性能指标 015
2.2 催化作用的化学本质 017
2.3 吸附作用 019
2.3.1 物理吸附与化学吸附 019
2.3.2 吸附势能曲线 020
2.3.3 化学吸附强度与吸附态 021
2.3.4 吸附等温线及吸附等温方程 024
2.4 催化反应热力学及动力学 028
2.4.1 催化反应热力学 028
2.4.2 催化反应动力学 034
思考题 037
第3章 催化的工程基础 038
3.1 均相催化与多相催化 038
3.1.1 均相催化与多相催化的定义 038
3.1.2 均相催化与多相催化的特点 039
3.2 多相催化反应基础 039
3.2.1 多相催化反应步骤 039
3.2.2 外扩散 040
3.2.3 内扩散 040
3.2.4 反应物分子的吸附、表面反应及产物脱附 041
3.3 催化反应器基础 041
3.3.1 理想反应器与非理想反应器 042
3.3.2 停留时间及其分布 042
3.3.3 典型催化反应器 047
思考题 054
第4章 酸碱催化剂与酸碱催化作用 055
4.1 酸碱理论与催化 055
4.1.1 酸碱电离理论 055
4.1.2 酸碱质子理论 055
4.1.3 酸碱电子理论 056
4.2 酸碱催化剂的定义、分类及其性质 056
4.2.1 酸碱催化剂的定义 056
4.2.2 酸碱催化剂的分类 057
4.2.3 酸碱催化剂的性质 057
4.3 酸碱中心的形成与结构 061
4.4 酸碱催化剂的催化作用 063
4.4.1 酸类型与催化选择性的关系 063
4.4.2 酸强度与催化活性及选择性的关系 064
4.4.3 酸量与催化活性的关系 065
4.5 典型酸碱催化剂及其应用 065
4.5.1 均相酸碱催化剂 065
4.5.2 分子筛催化剂 066
4.5.3 固体超强酸催化剂 071
4.5.4 杂多酸催化剂 073
4.5.5 离子交换树脂催化剂 075
4.6 酸碱催化剂新进展 076
思考题 077
第5章 金属催化剂与金属催化作用 078
5.1 金属化学键理论与催化 078
5.2 金属催化剂的定义和分类 079
5.3 金属催化剂的结构 080
5.3.1 金属(合金)的晶体结构 080
5.3.2 金属(合金)的电子结构 080
5.3.3 金属(合金)的表面结构 081
5.4 金属催化剂的特征及其催化作用 083
5.4.1 金属催化剂的特征 083
5.4.2 金属催化剂的催化作用原理 084
5.4.3 金属催化剂表面的吸附 085
5.5 典型金属催化剂及其应用 086
5.5.1 体相金属催化剂 086
5.5.2 负载金属催化剂 087
5.5.3 合金催化剂 088
5.5.4 金属团簇催化剂 089
5.6 金属催化剂新进展 089
5.6.1 单原子催化剂 089
5.6.2 高熵合金催化剂 090
5.6.3 核壳催化剂 090
思考题 090
第6章 过渡金属氧化物催化剂与催化氧化作用 091
6.1 半导体的能带理论 091
6.1.1 非计量化合物的类型 091
6.1.2 半导体的能带结构 093
6.2 过渡金属氧化物催化剂的组成与结构 094
6.2.1 过渡金属氧化物催化剂的组成 094
6.2.2 单一过渡金属氧化物的结构 094
6.2.3 复合过渡金属氧化物的结构 097
6.3 过渡金属氧化物催化剂的催化氧化作用 099
6.3.1 过渡金属氧化物催化剂的作用机理 099
6.3.2 过渡金属氧化物催化剂的酸碱行为 099
6.3.3 过渡金属氧化物催化剂表面的氧物种及其作用 101
6.4 过渡金属氧化物催化剂对反应物分子的吸附和活化 103
6.4.1 烃类分子的吸附和活化 103
6.4.2 H2 的吸附和反应性 105
6.4.3 CO的吸附和反应性 106
6.4.4 NO的吸附和反应性 106
6.5 典型过渡金属氧化物催化剂及其应用 107
6.5.1 V2O5 催化氧化制邻苯二甲酸酐 107
6.5.2 Bi2O3-MoO3 催化丙烯氧化制丙烯酸 109
6.5.3 MO3 基双金属氧化物催化丙烯氧化制丙酮——双功能催化作用 112
6.6 过渡金属氧化物催化剂新进展 114
思考题 115
第7章 过渡金属有机配合物催化剂与配位催化作用 116
7.1 过渡金属有机配合物理论与催化 116
7.1.1 晶体场理论 116
7.1.2 分子轨道理论 117
7.2 过渡金属有机配合物的定义、结构及分类 118
7.2.1 过渡金属有机配合物的定义 118
7.2.2 过渡金属有机配合物的结构 118
7.2.3 过渡金属有机配合物的分类 121
7.3 过渡金属有机配合物的催化作用 122
7.3.1 配位体取代反应 122
7.3.2 氧化加成和还原消除反应 123
7.3.3 插入和脱出反应 124
7.3.4 配位体的反应 125
7.4 典型过渡金属有机配合物催化剂及其应用 126
7.4.1 铑/钌配合物催化不饱和化合物加氢反应 126
7.4.2 Ziegler-Natta催化剂及茂金属催化烯烃聚合反应 128
7.4.3 钯催化烯烃氧化反应 130
7.4.4 过渡金属卡宾配合物催化烯烃复分解反应 130
7.4.5 过渡金属羰基配合物催化烯烃氢甲酰化反应 131
7.4.6 钯配合物催化交叉偶联反应 134
7.5 过渡金属有机配合物催化剂新进展 135
7.5.1 氢化反应催化剂 135
7.5.2 烯烃聚合反应催化剂 136
7.5.3 烯烃复分解反应催化剂 137
7.5.4 交叉偶联反应催化剂 137
思考题 138
第8章 生物催化剂与生物催化作用 139
8.1 生物催化剂的定义、分类、结构及催化特征 139
8.1.1 生物催化剂的定义 139
8.1.2 生物催化剂的系统分类 140
8.1.3 生物催化剂的结构基础 142
8.1.4 生物催化剂的催化特征 146
8.2 生物催化剂的反应动力学 147
8.2.1 酶促反应动力学方程 147
8.2.2 酶催化动力学参数的意义 149
8.2.3 酶催化活性的表征 150
8.3 影响生物催化反应的因素 151
8.3.1 pH 影响酶催化反应 151
8.3.2 温度影响酶催化反应 152
8.3.3 抑制剂影响酶催化反应 152
8.4 生物催化剂的应用 155
8.4.1 生物催化剂在医药方面的应用 155
8.4.2 生物催化剂在食品方面的应用 157
8.4.3 生物催化剂在生物检测方面的应用 158
8.4.4 生物催化剂在生物材料方面的应用 158
8.5 生物催化剂新进展 158
8.5.1 数据驱动的催化元件表征 159
8.5.2 生物催化剂的分子改造技术 159
思考题 161
第9章 电催化剂与电催化作用 162
9.1 电催化作用与电催化反应的基本规律 162
9.1.1 电催化基础 162
9.1.2 电催化反应的基本规律和两类电催化反应及其共同特点 163
9.2 电催化剂的电子结构效应和表面结构效应 165
9.2.1 电催化剂的电子结构效应 166
9.2.2 电催化剂的表面结构效应 167
9.3 电催化作用中的电子效应调控及协同效应 169
9.3.1 金属表面反应性及其电子效应调控 169
9.3.2 电催化剂的协同效应 171
9.4 电极反应及其电催化 172
9.4.1 氢电极反应及其电催化 172
9.4.2 氧电极反应及其电催化 174
9.5 电催化剂新进展 177
9.5.1 过渡金属氧化物 177
9.5.2 过渡金属硫化物 177
9.5.3 过渡金属氮化物 179
9.5.4 过渡金属磷化物 179
9.5.5 层状双金属氢氧化物 180
思考题 180
第10章 固体催化剂的设计 181
10.1 催化剂设计的分子基础 181
10.1.1 单晶金属表面结构 182
10.1.2 表面原子的氧化状态 184
10.2 工业催化剂设计方法 184
10.2.1 催化剂设计的总体考虑 184
10.2.2 催化剂的仿生设计 187
10.2.3 催化剂设计的框图程序 188
10.2.4 催化剂设计的经验程序 190
10.2.5 催化剂的类型设计法 194
10.2.6 催化剂主要组分的设计 194
10.2.7 催化剂次要组分的设计 196
10.3 理论辅助的催化剂设计 197
10.3.1 建模方法概述 198
10.3.2 固体催化剂模拟设计实例 201
思考题 206
第11章 固体催化剂制备与成型 207
11.1 固体催化剂的常规制备方法 207
11.1.1 沉淀法 207
11.1.2 浸渍法 210
11.1.3 离子交换法 213
11.1.4 混合法 214
11.1.5 熔融法 214
11.2 固体催化剂的新制备方法 215
11.2.1 溶胶-凝胶法 215
11.2.2 水热/溶剂热法 216
11.2.3 微乳液法 219
11.2.4 自组装法 221
11.2.5 化学气相沉积法 222
11.2.6 高温液相分解法 222
11.3 固体催化剂的成型与再生 222
11.3.1 催化剂成型 222
11.3.2 催化剂活化 224
11.3.3 催化剂再生 227
11.3.4 催化剂分离与回收 228
11.4 催化剂制备技术新进展 230
11.4.1 微波技术 230
11.4.2 等离子体技术 230
11.4.3 原子层沉积技术 231
思考题 231
第12章 固体催化剂表征技术 232
12.1 固体催化剂的宏观物性测定 232
12.1.1 固体催化剂的比表面积测定 232
12.1.2 固体催化剂的孔结构测定 235
12.1.3 固体催化剂的机械强度测定 237
12.2 固体催化剂的微观结构表征 238
12.2.1 X射线衍射分析法 238
12.2.2 电子显微技术 242
12.2.3 光电子能谱法 246
12.2.4 红外光谱技术 256
12.2.5 核磁共振方法 261
12.3 固体催化剂的性能表征 263
12.3.1 热分析法 263
12.3.2 程序升温技术 265
12.3.3 分子探针-红外光谱法 267
12.4 固体催化剂的活性、选择性及寿命评价 269
12.4.1 催化剂的活性及选择性评价 269
12.4.2 催化剂的寿命评价 272
思考题 272
参考文献 274
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| 內容試閱：
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催化技术在化学工业中起着举足轻重的作用，是促使化工生产技术不断进步的主要动力。可以说没有新催化剂的开发，就没有新的化学工业和石油工业。党的二十大报告指出，必须坚持问题导向和守正创新。我们在能源、环保、新材料及生物领域中所面临的问题要求我们开发出性能更优异、结构更多样化的催化剂。为反映近年来催化科学和技术所取得的进步及其在各领域的应用进展，以满足高等院校化学工程与工艺、能源化学工程及制药工程等相关专业学生创新能力的培养要求，编写了本教材。
本书注重基础、突出应用，并力求反映最新进展。在设计教材架构时，编者将催化基础知识分成两部分内容:催化的化学基础及催化的工程基础，以期从催化化学基本原理以及催化反应工程两个不同角度进行阐述，既让学生掌握催化作用及其本质，又让学生了解工业催化过程。其中催化的化学基础包括催化作用与催化剂、催化作用的化学本质、催化反应的热力学和动力学及吸附作用;催化的工程基础包括均相催化与多相催化、多相催化反应基础及催化反应器基础。在讲述完基础内容后，编者向读者详细展示了各类催化剂及其相关理论和应用，介绍了大量的应用实例以及最新进展，最后概述催化剂的设计、共性制备技术及表征技术。本书图文并茂，浅显易懂。另外，编者还从前沿角度出发，论述了近年来备受关注的电催化剂与电催化作用相关内容，为催化相关专业的教师、学生和科研人员提供参考。
本书由北京理工大学赵芸、黎汉生、冯彩虹、史大昕、张耀远、吕波、郑小燕共同编写。第1～3、7章由赵芸编写，第4章由黎汉生编写，第5章由史大昕编写，第6章由张耀远编写，第8章由吕波编写，第9章由冯彩虹编写，第10章由冯彩虹和郑小燕编写，第11章由赵芸、冯彩虹和史大昕编写，第12章由赵芸和冯彩虹编写，全书由黎汉生策划，由赵芸统稿。在编写过程中，参考了国内外众多学者的观点和研究成果，在此一并致以诚挚的谢意。
由于编者水平有限，书中不妥之处在所难免，敬请同行专家和读者批评指正。
编者
2024年3月
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