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催化化学和研究方法教学大纲 1. 2. 3. 4. 5. 6. 课程编号： 课程类型：学位课 课程性质：专业课（适用物理化学、工业催化学科） 学时/学分：80/3 预修课程： 教学目的与要求： 催化化学和研究方法为物理化学专业研究生的专业课，也可作为催化、 材料等相关专业研究生的选修课程，本课程着眼于基础原理，结合应用实 际，系统阐述了催化化学研究方法的适用性及局限性。涵盖了催化剂宏观 表征、X 射线衍射、热分析、分子光谱、核磁共振和分析电镜等十种最通 用、最基本的催化剂研究方法。催化化学部分则以对催化活性中心认识为 主线，结合催化剂制备，系统地介绍了：合成氨、三大合成、石油炼制、 天然气化学、煤化工等领域的科学问题和最新进展。 通过本课程的学习，使学生在催化和料领域拥有扎实的基础知识，提 高其独立从事科研工作的能力 7. 教学方式：课堂讲授为主 8. 考核方式：闭卷、考试 9. 内容提要: 第1章 “物理吸附和催化剂的宏观物性测定”物理吸附的基础、催化剂的颗粒 分析、催化剂的机械强度测定、比表面（BET）和孔结构的表征、催化剂扩散系数测定。 第2章 “热分析方法”热分析的定义和分类、几种常用热分析技术：TG.、TDA、 TDS…、热分析在催化研究中的应用。 第3章 “多相 X—射线衍射”晶体对 X—射线的衍射基本原理、衍射数据的收集、 物相分析、定量相分析、平均粒度的测定：（衍射峰宽化法；小角度衍射）、非完整晶体中 晶格畸变和体平均厚度的测定、层状化合物的 X—射线衍射、径向分布函数（RDF） 、多晶 X— 射线衍射全图拟合结构参数的修正、在催化剂研究中的应用实例。 第4章 “分析电子显微镜”简介；透射电镜、扫描电镜和超高分辨率分析电镜的 基本原理和技术；电子束和物质相互作用：衍射、散射原理——Bragg 方程；衍射几何：高 分辨像、倒易点阵、指数标定、长周期结构、孪晶；衍射衬度：明场像、暗场像、衬度像； EDS，EELS 原理和应用（组成分析）；选区电子衍射；在高分辨电镜研究中的制样技术和应 用实例及其局限性。 第5章 “化学吸附和催化剂动态分析方法”化学吸附原理、动态分析方法理论 （TPD、TPR、TPO、TPSR）、应用实例。 第6章 “红外光谱方法”红外光谱的基本原理；吸附分子的特征及红外光谱诠释； 如何获得吸附分子的红外光谱；红外光谱应用于金属催化剂的研究；红外光谱应用于氧化物 及分子筛的研究；红外光谱应用于碳化物的研究；原位红外光谱应用于反应机理的研究。 第7章 “拉曼光谱方法”拉曼光谱原理及基本催化研究中应用的概况、拉曼光谱 实验技术的发展、应用实例及展望 第8章 “核磁共振方法”基本原理和实验技术、分子筛结构研究、固体 NMR 在催 1/3 化剂表面酸性研究中的应用、催化剂表面吸附分子的 NMR 研究、分子筛催化反应的原位 MAS NMR 研究、MAS NMR 技术研究催化剂失活 第9章 “表面光电子能谱方法”X 射线光电子能谱、Auger 电子能谱、电子能量 损失谱（EELS）、紫外光电子能谱、离子散射谱、二次离子质谱和 EXAFS 等高能谱、应用实 例和存在问题 第10章 “电极催化剂表征方法”电化学基础、电化学研究方法：稳态和静态、电 位扫描技术——循环伏安法、控制电位技术——单电位阶跃法、控制电流技术——恒电位 电解、交流阻抗法、光谱电化学方法、电催化过程、化学电源 第11章 “多相催化反应动力学方法”一般动力学概念、多相催化反应速率方程、 多相催化反应动力学模型的建立和判别、多相催化过程中的物理传输、动力学测定方法和实 验装置、非稳态动力学 第12章 “电子磁共振波谱学”EMR 发展历史；基本原理；EMR 在固体催化剂及多相 催化过程的应用；EMR 在生物、医学领域，食品的质量、安全和监控方面的应用。 第二部分 催化化学 催化科学和技术遍及人们生活的各个领域从衣、食、住、行到环境、建慷、 生命以及国防安全。当前中国石油的炼制能力已经超过 5 亿吨、炼钢产能超过亿 顿、化肥生产量居世界首位、三大合成亦已成为最大生产和需求国，椐统计化学 工业的 80％产值是经催化作用取得，国民经济 GDP 占 20％可见其重要性。了解 和掌握由成千个反应和上万个催化剂构成的厐大知识领域，这对催化和材料专业 研究生教育至关重要。本书-现代催化化学和它的姊妹篇-现代催化研究方法（已 于 2009 年由科学出版社出版）能够给其一个广博和札实的专业基础。根椐目前 中国的国情对催化科学和技术的需求是大量的、多方面的。各高等院校、企事业 研究单位、科研院所从事催化、材料相关研究的队伍相当庞大。尽快普及和提高 这方面的专业知识有广阔的前景和重要意义。 近年来国内催化化学的书有几本，多是从反应种类（反应别）来阐述或是按 催化剂材料种类（元素别）来撰写的有的则是两者的混合，这些写法可以方便于 深刻阐述其作用原理、反应机理、科学分类…。但是，由于催化化学的领域庞大、 繁多, 例如在石油炼制领域就会有上千种催化剂和上百个反应。学生在走向工作 岗位时或接触到实际时往往很难《对接》。为了更便于实用，本书采取按领域分 类吸取按催化材料分类和按反应分类的优势重点介绍其关键命题的原理做为本 书的经纬,本书兼顾：“路线图”、“网络性”、“科学性”三个方靣的作用，试图 让读者有利于和实际“对接”。 主要包括：为了体现：深入、全面 本书第一章（辛勤）以催化作用的核心--活性中心的本质、结构、性能以及调变规律的认识展开，以期给人们理论上的认 识。继之，在苐二章（申文杰）讲述催化剂制俻科学试图从最常用的催化剂制备 过程阐明其化学原理，达到举一反三的作用。其后，相继介绍催化化学的主要领 域：合成氨化学（梁长海、辛勤）、石油炼制化学（蒋宗轩）、三大合成：合成纤 维、合成橡胶、合成树脂（孙文华）、能源化学（葛庆杰、李文钊）石油化工— 精细化工（周利鹏、徐杰）、环境催化化学（贺泓）、生物质转化(刘海超)。 10. 教材及教学参考资料： 教材： 辛勤、罗孟飞主编， 《现代催化研究方法》，北京：科学出版社，2009 2/3 辛勤、徐杰， 《现代催化化学讲座 2015 年 1-9 期》 参考资料： （1）辛勤主编， 《固体催化剂研究方法》 ，北京：科学出版社，2004 （2）甄开吉等人编著， 《催化作用基础》 ，北京：科学出版社，2005 （3）闵恩泽著，《石油化工——从案例探寻自主创新之路》 ，化学工业 出版社，2009 （4）现代催化化学，科学出版社，待出版 2015 撰写人：辛勤 撰写日期：2014 年 12 月 3/3