固体催化剂的研究方法
第12期 辛勤:固体催化剂的研究方法 ・ 849・
讲 座
固体催化剂的研究方法
序 言
辛 勤
(, )
现代化学工业、石油加工工业、能源、制药工业以及环境保护领域等广泛使用催化剂占全部化学过程的80%以上经济、, 关键技术之一, 广阔的前景。
到目前为止, 人们认识到的催化剂是一种物质, 它通过基元反应步骤的不间断重复循环, 将反应物转变为产物, 在循环的最终步骤催化剂再生为其原始状态。更简单地说, “催化剂是一种加速化学反应而在其过程中自身不被消耗的物质。”许多种类的物质都可用来作催化剂如金属、金属化合物、有机金属络合物及酶。催化技术已成为调控化学反应速率与方向的核心科学。 催化技术是一门复杂的跨学科的科学。因此催化技术及其实际应用的进展将取决于若干学科领域的平行发展, 而最有可能的是涉及新催化材料的合成和催化反应的反应途径的识别。因为这一原因, 许多研究集中在发展能原位观察催化反应步骤或至少在原子分辨率水平上考察催化活性位的方法。近年来, 在许多领域已取得重大的进展和科学突破, 其中包括金属表面的原子水平的分辨, 例如隧道扫描电镜(STM ) 技术研究氧化物(如TiO 2) 表面的气固反应机理取得了重要进展; STM 在金属及其氧化物催化剂表面粗糙度和分形理论研究方面也发挥了重要作用; 用核磁共振(NMR ) 谱原位观察烯烃与沸石酸性位络合情况和用各种分子光谱技术原位表征反应中间物; 用紫外拉曼光谱表征杂原子分子筛的定位等, 都为发展催化理论和全新的催化技术及进一步改善现有工艺提供了新的可能性。
目前, 人们已经拥有很多研究、表征催化剂的方法, 有的给出宏观层次信息, 有的给出微观层次信息。人们还在不断地探索将物理-化学新效应、新现象用于催化剂和催化过程的研究和表征, 力求更精确地测定活性位的结构、数量, 并向原子-分子层次发展, 力求从时间-空间两个方面提高对催化剂表面所发生过程的分辨能力。
为使广大科技工作者较全面、系统地了解催化技术的发展《石油化工》, 期刊自1980年第9卷第4期至1982年第11
讲座, 并在此基础上
《多相催化剂研究。由于近代物理技术的发展对催化研究的影响愈来愈大、应用愈来愈广, 这些方法的应用使催化研究建立在更直接的试验基础上, 从而使催化研究进入到分子水平。《石油化工》1990年第19卷第10期至1992年第21卷第4期又连续刊载了“近代物理技术在多相催化研究中的应用”讲座。
这些讲座和专著出版后受到了国内广大从事催化科学技术研究的科技工作者的欢迎和好评。至今, 十年过去了, 催化科学技术获得了长足的发展。在这一新形势下, 我们再次组织编写“固体催化剂的研究方法”讲座。
本讲座从内容上界定于“固体催化剂”主要是考虑均相和多相催化在研究方法上有许多差异, 不易兼容; 且目前工业上大宗应用的催化剂都是固体催化剂。在内容的安排上, 以催化剂的宏观物性测试:机械性质、形貌、物相(物理吸附、X -射线衍射、电子显微镜、
热分析等) ; 活性相的表征:各种分子探针的谱学方法(化学吸附、色谱、分子光谱、磁共振、能谱、EXAFS/XAN ES 等) ; 催化动力学研究:各种动力学研究方法等三大部分为主体。本讲座将突出反映近十余年来的新进展, 强调引用近十余年的新文献, 出现的新表征方法, 以及新应用实例等。
本讲座不包括穆斯鲍尔谱、紫外漫反射光谱和磁天平方法, 主要是因为近十年来这些领域的发展不多, 需要的读者可参考包括“多相催化剂研究方法”在内的众多参考书。考虑到近十余年来的新进展, 由于目前与催化科学相关的信息以指数的形式增加, 文献资料浩如烟海, 在撰写本讲座时各位作者补充了许多最新的内容。但是, 难免有疏漏之处, 以及因编者、作者学识所限而出现的缺点、错误, 欢迎广大读者指正。
作者简介:辛勤, 男, 1939年生, 大学, 研究员, 博士生导师, 中国化学会催化专业委员会秘书长, 电话0411-4694447。主要研究领域:催化基础研究。曾在国内外核心期刊上发表论文300余篇, 编写专著四册。研究成果多次获国家级发明奖, 并获中科院优秀博士生导师称号。