固体催化剂制备与表征

前言
第1章绪论 1
1.1 催化作用与催化剂 1
1.1.1 催化作用和催化剂的定义 1
1.1.2 催化作用的特征 2
1.1.3 固体催化剂的组成、结构与重要性质 5
1.1.4 催化循环 12
1.2 催化反应与催化剂的分类 12
1.2.1 按催化反应体系物相的均一性分类 12
1.2.2 按催化反应类型分类 13
1.2.3 按催化反应机理分类 14
1.2.4 按催化剂分类 15
1.3 催化学科发展及催化表征方法概述 16
1.3.1 催化学科的发展 16
1.3.2 催化表征方法的发展概况 18
习题 19
参考文献 19
第2章纳米结构固体催化剂的制备方法 20
2.1 沉淀法 20
2.1.1 沉淀法的基本原理及分类 20
2.1.2 晶核生成与生长 23
2.1.3 沉淀法晶核生成的经典理论 25
2.1.4 沉淀法的控制因素 29
2.1.5 沉淀条件对催化剂性能的影响 31
2.1.6 沉淀的后处理过程 35
2.2 浸渍法 36
2.2.1 浸渍法的基本原理及分类 36
2.2.2 浸渍法载体与活性组分 39
2.2.3 活性组分的浓度分布与控制 41
2.2.4 浸渍法制备负载型催化剂的工艺条件及影响因素 44
2.3 球磨法 52
2.3.1 球磨法的定义及工艺流程 53
2.3.2 球磨法制备多组分复合催化剂的影响因素 54
2.4 水热和溶剂热法 55
2.4.1 水热和溶剂热法的技术特点及反应机理 55
2.4.2 水热和溶剂热法的反应类型 57
2.4.3 水热和溶剂热法的影响因素 59
2.4.4 水热和溶剂热法制备纳米结构催化剂的研究实例 61
2.5 溶胶-凝胶法 61
2.5.1 溶胶-凝胶法的概念及基本原理 61
2.5.2 溶胶-凝胶法制备纳米结构催化剂的基本过程与制备工艺 65
2.5.3 溶胶-凝胶法制备纳米结构催化剂的影响因素 67
2.5.4 溶胶-凝胶法制备纳米结构催化剂的研究实例 71
习题 71
参考文献 71
第3章薄层结构催化剂的制备方法 73
3.1 层状结构催化材料简介 73
3.2 层状结构催化材料的剥离 74
3.3 剥离原理和方法 74
3.3.1 氧化剥离 75
3.3.2 超声剥离 76
3.3.3 插层剥离 77
3.3.4 电化学剥离 80
习题 83
参考文献 83
第4章多孔结构催化剂的制备方法 85
4.1 模板法 85
4.1.1 模板法的基本原理、分类与特点 85
4.1.2 硬模板法 86
4.1.3 软模板法 90
4.1.4 模板法制备多孔结构催化剂的应用实例 94
4.2 后处理法 98
4.2.1 脱铝法 98
4.2.2 脱硅法 100
4.2.3 脱硅-重结晶法 102
4.2.4 离子交换法 103
习题 104
参考文献 104
第5章固体催化剂的成型方法与技术 107
5.1 固体催化剂成型与成型助剂 107
5.1.1 成型目的 107
5.1.2 成型作用力与机理 109
5.1.3 成型助剂 111
5.2 固体催化剂成型方法与工艺 112
5.2.1 压缩成型 112
5.2.2 挤出成型 113
5.2.3 转动成型 116
5.2.4 喷雾干燥成型 117
5.2.5 油中成型 120
5.2.6 其他成型方法 122
5.3 固体催化剂成型技术的应用典型案例分析 123
5.3.1 挤出成型法制备条形分子筛催化剂 123
5.3.2 挤出成型法制备蜂窝状氮化硼催化剂 123
5.3.3 喷雾干燥成型法制备催化裂化催化剂 124
5.3.4 喷雾分散-油柱成型法制备蒽醌加氢催化剂载体 125
习题 126
参考文献 126
第6章固体催化剂的颗粒分析与机械强度测定 127
6.1 颗粒度 127
6.1.1 固体催化剂颗粒与颗粒度的基本概念 127
6.1.2 固体催化剂颗粒的形状及分类 127
6.2 固体催化剂的颗粒尺寸分布表示 129
6.2.1 固体催化剂颗粒粒径表示方法 129
6.2.2 固体催化剂颗粒度(粒径)分布 132
6.3 颗粒度分析方法 133
6.3.1 筛分法 134
6.3.2 沉降法 135
6.3.3 激光法 136
6.3.4 电子显微镜法 137
6.3.5 电阻法 138
6.4 压碎强度 139
6.4.1 单颗粒压碎强度 139
6.4.2 堆积颗粒压碎强度 140
6.5 磨损强度 140
习题 141
参考文献 141
第7章固体催化剂的宏观物性测定 142
7.1 固体催化剂吸附理论 142
7.1.1 吸附的概念 142
7.1.2 物理吸附和化学吸附 142
7.1.3 吸附等温线及其分类 143
7.1.4 经典吸附理论 145
7.2 固体催化剂比表面积测量与计算 148
7.2.1 Langmuir单分子层吸附计算比表面积 148
7.2.2 BET法 148
7.2.3 单点BET法 149
7.2.4 B 点法计算比表面积 149
7.2.5 经验作图法(V-t法) 150
7.3 固体催化剂孔结构特征与分析 150
7.3.1 孔大小分类 150
7.3.2 孔形的估计 151
7.3.3 滞后环的形状 152
7.3.4 毛细凝聚与Kelvin公式 153
7.3.5 分析中孔的V-t曲线法 156
7.3.6 BJH 法确定中孔孔径分布 157
7.3.7 微孔分布 158
7.3.8 压汞法 161
7.3.9 其他孔结构表征方法 162
7.4 固体催化剂的孔结构与催化作用 163
7.4.1 固体催化剂的孔结构与组成 163
7.4.2 孔结构与催化作用 164
习题 165
参考文献 165
第8章催化反应器及催化剂活性评价方法 166
8.1 催化反应器和多相催化反应评价系统 166
8.1.1 间歇式反应器 166
8.1.2 连续流动式反应器 167
8.1.3 膜催化反应器 170
8.1.4 光催化反应器 171
8.1.5 多相催化反应评价系统 175
8.2 多相催化反应过程与动力学 176
8.2.1 多相催化反应过程的主要步骤 176
8.2.2 多相催化反应动力学 180
8.3 多相催化反应机理 186
8.3.1 吸附势能曲线 186
8.3.2 Langmuir-Hinshelwood机理 188
8.3.3 Langmuir-Rideal机理 189
8.3.4 多相催化反应机理的研究实例 189
习题 190
参考文献 190
第9章热分析技术和程序升温分析技术 191
9.1 热分析技术 191
9.1.1 热重法 192
9.1.2 差热分析 193
9.1.3 差示扫描量热法 195
9.2 程序升温分析技术 196
9.2.1 实验装置及测试方法 196
9.2.2 程序升温脱附 197
9.2.3 程序升温还原 201
9.2.4 程序升温氧化 204
9.2.5 程序升温硫化 204
9.2.6 程序升温表面反应 204
9.3 热分析技术和程序升温技术的应用 204
9.3.1 热分析技术的应用 205
9.3.2 程序升温技术的应用 207
9.4 程序升温技术展望 213
习题 214
参考文献 214
第10章催化剂结构表征方法 215
10.1 X射线衍射晶体结构分析 215
10.1.1 X射线的本质 215
10.1.2 X射线衍射的基本原理 218
10.1.3 X射线衍射实验方法 220
10.1.4 固体催化剂物相鉴定与定量分析 226
10.1.5 X 射线衍射技术在催化研究中的应用 231
10.2 X射线吸收精细结构分析 232
10.2.1 X射线吸收精细结构谱的基本原理 232
10.2.2 X射线吸收精细结构谱的实验要求 237
10.2.3 X射线吸收精细结构谱图解析 243
10.2.4 X射线吸收精细结构分析在光催化研究中的应用 249
习题 250
参考文献 250
第11章催化剂表面组成分析技术 251
11.1 X射线光电子能谱 251
11.1.1 固体能带和表面能级 251
11.1.2 X射线光电子能谱的基本原理 253
11.1.3 X射线光电子能谱仪与实验技术 254
11.1.4 组分识别 256
11.1.5 价态分析 260
11.1.6 X射线光电子能谱解析实例分析 260
11.2 紫外光电子能谱 261
11.2.1 紫外光电子能谱的基本原理 261
11.2.2 紫外光电子能谱仪与实验技术 262
11.2.3 表面组分识别与电子结构信息 263
11.2.4 功函数测量与振动精细结构识别 265
11.2.5 紫外光电子能谱解析实例分析 267
11.3 电子顺磁共振技术 267
11.3.1 电子顺磁共振技术的原理及特点 268
11.3.2 电子顺磁共振技术的研究对象 270
11.3.3 电子顺磁共振谱图解析 271
11.3.4 电子顺磁共振技术在光催化研究中的应用与前沿实例分析 274
习题 274
参考文献 275
第12章催化剂形貌结构分析技术 276
12.1 电子波与电磁透镜 276
12.1.1 光学显微镜的分辨率 276
12.1.2 电子波 277
12.1.3 电磁透镜 278
12.2 透射电子显微镜 280
12.2.1 透射电子显微镜的仪器构造及成像原理 280
12.2.2 透射电子显微镜的样品制备及实验技术 283
12.2.3 透射电子显微镜电子衍射谱图与前沿实例分析 285
12.3 扫描电子显微镜 288
12.3.1 扫描电子显微镜的仪器构造及成像原理 289
12.3.2 扫描电子显微镜的样品制备及测定要求 291
12.3.3 扫描电子显微技术和能谱分析技术前沿实例 292
12.4 原子力显微镜 294
12.4.1 原子力显微镜的基本原理及仪器结构 294
12.4.2 原子力显微镜的工作模式及研究对象 296
12.4.3 原子力显微镜研究的应用与前沿实例分析 298
习题 300
参考文献 300
第13章原位光谱监测技术与方法 301
13.1 紫外-可见漫反射光谱 301
13.1.1 紫外-可见漫反射光谱的基本原理 301
13.1.2 紫外-可见漫反射光谱的测试方法 302
13.1.3 影响紫外-可见漫反射光谱的因素 303
13.1.4 紫外-可见漫反射光谱谱图解析 304
13.1.5 紫外-可见漫反射光谱在催化研究中的应用与前沿实例分析 306
13.2 原位Fourier变换红外光谱 307
13.2.1 Fourier变换红外光谱的基本原理 307
13.2.2 各类有机化合物基团的特征吸收 309
13.2.3 影响吸收峰位置变化的因素 309
13.2.4 原位Fourier变换红外光谱谱图解析 310
13.2.5 电化学原位红外光谱 311
13.2.6 原位红外光谱在光催化研究中的应用与前沿实例分析 314
13.3 原位Raman光谱 315
13.3.1 紫外Raman光谱的基本原理及特点 316
13.3.2 共振Raman光谱的原理、技术及特点 317
13.3.3 原位Raman光谱与SEM、AFM、红外光谱等联用技术 318
13.3.4 原位共振Raman光谱技术催化研究热点与前沿实例分析 319
13.3.5 原位紫外Raman光谱研究催化剂积碳失活与活性中心的前沿实例分析 320
习题 321
参考文献 322
第14章时空分辨的光谱技术 323
14.1 飞秒激光 323
14.1.1 飞秒激光的基本原理 323
14.1.2 飞秒激光技术 326
14.1.3 飞秒激光放大技术 336
14.1.4 飞秒激光泵浦-探测技术 341
14.2 时间分辨瞬态吸收光谱 344
14.2.1 分子吸收光谱的特征参数 345
14.2.2 闪光光解-瞬态吸收光谱法的原型 348
14.2.3 纳秒、飞秒瞬态吸收光谱法 350
14.2.4 飞秒泵浦-探测瞬态吸收测量系统、光谱仪器与谱图解析 356
14.2.5 飞秒瞬态吸收光谱技术在光催化研究中的应用与前沿实例分析 366
14.3 时间分辨瞬态红外吸收光谱 367
14.3.1 纳秒时间分辨红外吸收光谱系统 368
14.3.2 飞秒时间分辨红外吸收光谱系统 370
14.3.3 时间分辨红外吸收光谱技术在光催化研究中的应用与前沿实例分析 370
14.4 时空分辨超快显微成像技术 371
14.4.1 超高分辨率显微术的基本原理 371
14.4.2 超快瞬态吸收显微成像技术原理 375
14.4.3 超快瞬态吸收显微成像技术应用实例 376
习题 376
参考文献 376