化学催化：催化剂与反应机理

"Chemistry in Catalysis" 是一本关于催化化学的教材，由 Roel Prins 教授撰写，主要涵盖了催化化学的基础理论和实践应用。该书详细讲解了催化剂在化学反应中的作用，包括催化剂的制备、表征、反应动力学以及不同类型的催化反应。 1. **介绍** - 动力学与热力学：书中详细阐述了催化反应的动力学基础，即反应速率如何受温度、压力等因素影响，以及热力学如何指导我们理解反应的可能性和平衡。 - 活性、选择性和稳定性：讨论了催化剂在提高反应速率、选择特定产物以及保持长期活性方面的关键作用。 - 催化类型：区分了均相催化、非均相催化和酶催化这三种主要的催化形式及其特点。 2. **吸附** - 裸吸附：解释了分子如何在固体表面吸附，以及吸附过程对催化反应的影响。 - 吸附等温线：介绍了描述吸附量随气体分压变化的理论模型，如BET（Brunauer-Emmett-Teller）理论。 - 表面扩散：讨论了吸附物种在催化剂表面移动的过程，这是反应过程中一个重要的步骤。 3. **催化剂表征** - 晶体结构：深入探讨了催化剂的晶体结构与其催化性能的关系。 - X射线衍射：介绍了利用X射线来确定催化剂的晶体结构和组成的方法。 - 电子显微镜技术：涵盖了透射电子显微镜和扫描电子显微镜在观察催化剂微观结构的应用。 - 其他表征技术：包括STM（扫描隧道显微镜）和AFM（原子力显微镜）、红外和拉曼光谱、核磁共振以及温度程序技术等。 4. **催化剂制备** - 非均相催化剂：专注于固态催化剂的制备方法。 - 支持材料：如γ-Al2O3和SiO2作为催化剂载体的作用，以及它们对催化剂性能的影响。 - 分子筛：讨论了分子筛作为催化剂的独特性质，如其孔道结构对反应的选择性。 5. **催化反应机理** - 动力学模型：如Langmuir-Hinshelwood模型，用于解释单分子和双分子反应。 - 金属催化：重点是金属表面的化学反应，如H2的离解、乙烯的氢化、氨合成以及CO氢化。 - Fischer-Tropsch和甲烷化反应：涉及CO的分解和甲烷的生成，以及Fischer-Tropsch合成长链烃的过程。 6. **酸催化** - 固体酸催化：介绍了由固体酸催化的反应，如碳正离子反应及其在化学工业中的应用。 - 双功能催化：讨论了结合不同催化功能的催化剂，如何协同促进复杂反应的过程。 7. **其他概念** - Volcano曲线：描述了活性与反应物活化能之间的关系。 - Brønsted-Evans-Polanyi关系：关联了反应速率常数与活化能的关系。 本书不仅为学生提供了催化化学的理论框架，也为研究者和工程师提供了实用的实验指导，是理解催化化学领域的重要资源。