对催化科学的认识.docx

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1、对催化科学的认识一、绪论众所周知，在化学反应体系中，加入某些物质，可以改变反应平衡的速率，而这些物质本省在反应前后，不论是质量还是化学性质，都没有变化。这种物质成为催化剂，它的作用称为催化作用。在学习了催化原理及应用这门课以后，我对催化科学有了更深的认识。以前只是认为催化是一种加工制造手段，现在我认为催化是一门科学，一门技术，也是一门艺术。催化的世界缤纷多彩、变换莫测。相同的催化剂可以催化出不同的产物，不同的催化剂也可以催化出相同的产物。催化剂实际参与了化学反应，但却不在总化学反应配平式中出现。此乃催化剂及其催化作用的奥妙之处。二、催化反应的发现与应用人类认识和利用催化反应，是一个历史的过程。

2、早起的化学工业除酿造业是生物催化外，其他都是非催化反应，例如陶瓷业、冶金业等等，后来的制碱、人造丝和电化学工业等等也都是非催化的。到了近代，随着合成氨、硫酸、染料、油脂工业的发展，以及二战期间煤液化和合成橡胶等工业的发展，金属盒过渡金属氧化物催化剂得到广泛的应用。第二次世界大战后飞度发展的石油化工和高分子化工，毫无例外，也都是建立在催化反应基础之上的。催化技术在20世纪的一大重大成就，是三大合成（合成塑料、合成纤维、合成橡胶）催化剂的发现。20世纪30年代，英国Fawett E C将氧或过氧化物作催化剂，用于乙烯聚合取得成功，并于1937年由ICI公司实现了聚乙烯的生产。但该过程需在高压条件下

3、才能实现。1953年，德国化学家Ziegler K 在研究有机金属化合物时发现，Al(C2H5)3TiCl4对乙烯聚合具有很好的催化效能，并可在常温常压条件下进行线性聚合。1954年意大利化学家Natta G 在此基础上，将Ziegler催化剂用于丙烯聚合，成功获得等规立构聚丙烯。Ziegler-Natta的卓越贡献，开创了聚烯烃工业的新纪元。1963年，两位科学家一道获得了诺贝尔化学奖。三、催化技术与经济发展历史和现状都表明，催化科学和技术与社会的进步和经济的发展有着密切的关系。当前，人口的高速增长、能源的紧缺和环境的污染，形成了世界性的三大挑战。可以说，催化技术是化学工业的核心技术，而催化

4、材料是催化技术的灵魂。催化科学是一门面向重大资源、有着极其重要应用范围和前景的基础应用学科，特别是煤、石油、天然气等化石资源的优化利用方面起着举足轻重的作用。在石油日益短缺的今天，催化的作用更大。资源的开发和有效利用，合成人类所需要的新产品、新材料，能源的开发和合理利用，环境的控制和保护，都对催化技术提出了更高的要求。催化技术对现代化学工业、石油加工工业、食品工业和精细化学品工业至关重要。据统计，现今已有90%的化工过程采用催化技术。纵观化学工业发展史，便可发现，在化学工业的变革和发展中，催化科技的进步和催化剂的应用起着决定性的作用。20世纪初，煤化工的发展，是由于发明了合成氨的铁催化剂所推动

5、；50年代石油化工的兴起，与发现了Ziegler-Natta聚合催化剂分不开；60年代至70年代，是世界石油化工发展的全盛时期，其发展速度之快，经济效益增长之大，居各工业部门之首。这也正是催化科学和技术迅猛发展的20年，各种催化技术不断出现，各类新型催化剂层出不穷，国际性的催化学会诞生和发展了，第一种专业性国际催化学术刊物（Journal of Catalysis）于1962年创刊了。1956年在美国费城召开了第一次国际催化会议，1960年在巴黎召开的第二次国际催化会议盛况空前，以后逐届扩大。近几十年来，催化剂的应用基础研究范围不断深入和扩展，形成了很多新领域，渗透到很多新产业（如能源催化、环

6、保催化、家用催化、化学传感器、材料合成、纳米材料制备等）。催化剂在应用领域的巨大成功，促进人们努力探求催化作用的本质，追求高效催化剂的研制方法催化合成已成为绿色化学合成的主要手段，催化化学一直是化学学科的最热点之一，在国家的科学决策中占有重要的地位。上世纪末期，由美国著名化学家组成的“化学科学和机会调查委员会”，以及美国化学科学技术部，美国物理科学、数学和资源委员会，美国全国研究委员会，对美国化学研究现状及发展前景进行了三年的调研分析，撰写了化学中的机会（Opportunities in Chemistry)一书。四、催化科学的研究重点、特点和方向催化是一门综合性很强的新学科，催化剂的设计、制

7、备、活性评价、结构表征和工业应用涉及有机化学、无机化学、物理化学、生物化学、表面科学、测试技术、物理学、材料科学、化学工艺和化学工程等多门学科。它们彼此相互交叉、相互渗透、相互补充和相互促进、催化研究凭借其他学科的进步与发展，将新理论、新技术移植到本学科领域，不断完善和发展本学科，这是催化学科的主要特点。随着科技的发展，催化作为一门新的学科，在自身不断发展与进步的同时，也不断促进相关学科领域的发展。这种彼此渗透，相互促进主要体现在一下及方面：（1）催化始终以促进化学工业的发展与进步作为研究重点；（2）开发新能源和净化环境是催化工作者的历史使命；（3）根据我国资源特点，使用催化新材料，开发新型高

8、效催化剂，是催化技术的核心。（4）充分发挥新技术在催化剂开发研究中的作用。特点指出，借用计算机技术，将CAD(Computer-Aided-Design)技术引入催化剂的设计和研究，已成为现代催化剂开发的发展方向之一。五、催化类型和催化剂的分类按催化反应体系中物相的均一性进行分类，催化反应可分为均相催化，多相(非均相)催化，酶催化反应。按反应机理(反应中反应分子之间电子传递的情况)进行分类，催化反应可分为酸碱型催化反应，氧化还原型催化。按反应类型可分为加氢-脱氢、氧化、水合-脱水、异构、碳化、烷基化、聚合、裂解等类型的催化剂。按照催化剂的化合状态和导电性，可分为金属催化剂（属道题）、金属氧化物

9、和硫化物（属半导体或绝缘体）、固体酸及其盐类（属绝缘体）和络合物类催化剂。催化剂的分类方式有许多种，但各种划分之间均有交叉，所以目前尚未有统一的定论。根据催化剂分类之一，基于物理状态可分为气态、液态、固态、胶态；基于物质化学属性可分为有机、无机、金属有机(MLn)；基于物质生物学属性可分为生物、非生物；基于元素周期律可分为主族、副族；基于催化作用可分为酸碱、氧化-还原、光、电、酶；基于催化剂在反应体系中的分散状态可分为均相、多相、相转移。根据催化剂分类之二，可分为金属催化剂，半导体催化剂，酸、碱催化剂，配位（络合）催化剂，酶催化剂。根据中国工业催化剂分类方法，催化剂可分为石油炼制催化剂 ，无机化工催化剂 ，有机化工催化剂 ，环境保护催化剂 ，其它催化剂。参考文献1 晁自胜.催化原理及应用 教学课件2 韩维屏等.催化化学导论.北京：科学出版社，2003.3曹声春 胡艾希 尹笃林.催化原理及其工业应用技术.长沙：湖南大学出版社，2001