第一篇：化學動力學與催化課程總結

化學動力學與催化課程總結

化學動力學與催化中的化學反應動力學部分是物理化學研究的領域之一。在《物理化學》這門課程的多個版本的教材中，都有對化學反應動力學或詳或略的介紹?；瘜W反應動力學研究化學反應進行的條件對化學反應過程速率的影響、化學反應的歷程和物質的結構與化學反應能力之間的關系這三個方面的內容。

化學反應動力學基礎包括經典反應動力學的基本定理，簡單級次反應，典型的復雜反應和反應動力學的實驗方法等方面的內容。

對于任意一個化學反應，我們描述其反應機理可用總包反應中的基元反應來表達。在基元反應動力學這部分中，我們分別學習了分子碰撞理論和過渡態理論這兩種不同的描述形式。通過學習，我們由這兩種形式得出共同共同的指數形式的結論。這說明，不論我們用哪種理論來描述基元反應過程，其最終的結果都是接近反應的真實形式，其間引入的條件不同，得到結論的接近程度也不相同。

由基元反應我們進一步學習了鏈反應這種在某種程度上可看似自發的連鎖反應。不同的條件下鏈反應的變現形式也不盡相同，在最基本的支鏈反應和支鏈反應為單元的骨架下，鏈反應可呈現多種多樣的形式。鏈反應給我的最初印象猶如核聚變或蝴蝶效應。但是在一個看似簡單的化學反應中，通過不同的自由基的確定，分化出若干個詳細的具體的化學反應，這個過程和結果還是十分有趣的。

由于參與化學反應的反應物和生成物的存在形式可能不同，在化學反應動力學中，又分為均相反應和非均相反應-即復相反應。均相反應分為氣相反應和液相反應。相對來說，氣相反應比較簡單，用碰撞理論和過渡態理論比較好解釋。液相反應比較復雜，對擴散的分析和動力學的分析用到了大量數學模型和假說。另外，液相離子反應相對液相分子反應考慮的物理因素更多，分析也更為繁瑣。

復相反應是化學工程工藝中接觸較多的反應類型，也即實際生活中用到較多的反應類型。人們把其中的固-氣界面反應和固-液界面反應稱為表面反應。為了研究表面反應，人們建立了以物理假說為基礎的數學模型，并通過數學模型建立了多個等溫式和研究機理。實驗表明，這些機理在某些條件下可很好的解釋并計算表面反應，為人們分析、計算并預測表面反應提供了便利條件。

在催化部分，我們學習了不同的催化形式。其中酸堿催化和酶的催化對于我們以后的學習、工作尤為重要。酶是生命進化史上的一大奇跡，它的出現，使很多在常溫常壓下不可能的化學反應成為可能。似乎在暗示我們，今后可以用仿生學原理，在化工材料的生產應用方面大有作為。

第二篇：催化化學論文

催化化學期末論文（設計）

題目：催化劑的研究發展及應用簡介

學 院： 化學與化工學院

專 業： 材 料 化 學 班 級： 材 化 101 班 學 號： 1008110024 學生姓名： 朱 清 元 教 師： 袁 強

2013年6月14日

目 錄

摘 要..........................................................................................................................3 Abstract..........................................................................................................................3 第一章 前 言............................................................................................................4 第二章 催化劑技術發展歷史簡介............................................................................4 2.1萌芽時期........................................................................................................5 2.2奠基時期........................................................................................................5 2.2.1金屬催化劑的出現...............................................................................5 2.2.2氧化物催化劑的出現...........................................................................6 2.2.3液態催化劑的出現...............................................................................6 2.3更新換代時期................................................................................................6 2.3.1高效絡合催化劑的出現.....................................................................6 2.3.2 固體催化劑的工業應用....................................................................7 2.3.3分子篩催化劑的工業應用.................................................................7 2.3.4環境保護催化劑的工業應用.............................................................7 2.3.5生物催化劑的工業應用.....................................................................8 第三章 新型催化劑的開發與應用..............................................................................8 3.1新型煉油與化工催化劑的研究......................................................................8 3.2新型汽車尾氣凈化催化劑研究......................................................................9 3.3新型光催化劑的研究......................................................................................9 3.4新型生物催化劑研究....................................................................................10 第四章 對我國催化劑研究的一些建議....................................................................11 4.1加快環保催化劑開發速度............................................................................11 4.2高分子聚合催化劑........................................................................................11 4.3有機合成、精細化工催化劑........................................................................11 4.4新催化材料的研制及應用............................................................................11 參考文獻......................................................................................................................13

催化劑的研究發展及應用簡介

摘 要

本文較簡單的的介紹了催化劑的發展歷史及介紹了國內外各種催化劑新技術、新材料、新產品發展動態和發展趨勢，針對我國催化劑技術發展現狀，對催化劑行業的發展提出了自己的見解。關鍵詞：催化劑 技術 材料 新產品

Abstract

This relatively simple introduction to the history and development of catalyst introduced various domestic and catalyst of new technologies, new materials, new product developments and trends for our catalyst technology development status, the catalyst industry put forward their own ideas.Keys : Catalyst

technology

materials

new products

第一章 前 言

催化劑又稱觸媒，在初中階段的定義是能改變化學反應速率，而本身的質量、組成和化學性質在參加化學反應前后保持不變的物質。例如二氧化錳可以作為過氧化氫（雙氧水）分解的催化劑。催化劑分為和正催化劑逆催化劑，正催化劑有助于反應向正方向移動，逆催化劑有助于反應向逆方向移動。

催化劑的主要作用是降低化學反應的活化能，加速反應速率，因此被廣泛應用于煉油、化工、制藥、環保等行業。催化劑的技術進展是推動這些行業發展的最有效的動力之一。一種新型催化材料或新型催化劑工業的問世，往往引發革命性的工業變革，并伴隨產生巨大的社會和經濟效益。1913年，鐵基催化劑的問世實現了氨的合成，從此化肥工業在世界范圍迅速發展；20世紀50年代初，分子篩憑借其特殊的結構和性能引發了催化領域的一場變革；20世紀70年代，汽車尾氣凈化催化劑在美國實現工業化，并在世界范圍內引起了普遍重視；20世紀80年代，金屬茂催化劑使得聚烯烴工業出現新的發展機遇。目前，人類正面臨著諸多重大挑戰，如：資源的日益減少，需要人們合理開發、綜合利用資源，建立和發展資源節約型農業、工業、交通運輸以及生活體系；經濟發展使環境污染蔓延、自然生態惡化，要求建立和發展物質全循環利用的生態產業，實現生產到應用的清潔化。這些重大問題的解決無不與催化劑和催化技術息息相關。因此，許多國家尤其是發達國家，非常重視新催化劑的研制和催化技術的發展，均將催化劑技術作為新世紀優先發展的重點。

第二章 催化劑技術發展歷史簡介

從19世紀末至20世紀初，化學工業中利用催化技術的生產過程日益增多，為適應對工業催化劑的要求，逐步形成了產品品種多、制造技術進步、生產規模和產值與日俱增的催化劑工業。

2.1萌芽時期

催化劑工業發展史與工業催化過程的開發及演變有密切關系。1740年英國醫生J.沃德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制硫酸的工廠接著，1746年英國J.羅巴克建立了鉛室反應器，生產過程中由硝石產生的氧化氮實際上是一種氣態的催化劑，這是利用催化技術從事工業規模生產的開端。1831年P.菲利普斯獲得二氧化硫在鉑上氧化成三氧化硫的英國專利。19世紀60年代，開發了用氯化銅為催化劑使氯化氫進行氧化以制取氯氣的迪肯過程。1875年德國人E.雅各布在克羅伊茨納赫建立了第一座生產發煙硫酸的接觸法裝臵，并制造所需的鉑催化劑，這是固體工業催化劑的先驅。鉑是第一個工業催化劑，現在鉑仍然是許多重要工業催化劑中的催化活性組分。19世紀，催化劑工業的產品品種少，都采用手工作坊的生產方式。由于催化劑在化工生產中的重要作用，自工業催化劑問世以來，其制造方法就被視為秘密。2.2奠基時期

在這一時期內，制成了一系列重要的金屬催化劑，催化活性成分由金屬擴大到氧化物，液體酸催化劑的使用規模擴大。制造者開始利用較為復雜的配方來開發和改善催化劑，并運用高度分散可提高催化活性的原理，設計出有關的制造技術，例如沉淀法、浸漬法、熱熔融法、浸取法等，成為現代催化劑工業中的基礎技術。催化劑載體的作用及其選擇也受到重視，選用的載體包括硅藻土、浮石、硅膠、氧化鋁等。為了適應于大型固定床反應器的要求，在生產工藝中出現了成型技術，已有條狀和錠狀催化劑投入使用。這一時期已有較大的生產規模，但品種較為單一，除自產自用外，某些廣泛使用的催化劑已作為商品進入市場。同時，工業實踐的發展推動了催化理論的進展。1925年H.S.泰勒提出活性中心理論，這對以后制造技術的發展起了重要作用。2.2.1金屬催化劑的出現

20世紀初，在英國和德國建立了以鎳為催化劑的油脂加氫制取硬化油的工廠，1913年，德國巴登苯胺純堿公司用磁鐵礦為原料，經熱熔法并加入助劑以生產鐵系氨合成催化劑。1923年F.費歇爾以鈷為催化劑，從一氧化碳加氫制烴取得成功。1925年，美國M.雷尼獲得制造骨架鎳催化劑的專利并投入生產，這

是一種從Ni-Si合金用堿浸去硅而得的骨架鎳。1926年，法本公司用鐵、錫、鉬等金屬為催化劑，從煤和焦油經高壓加氫液化生產液體燃料，這種方法稱柏吉斯法。該階段奠定了制造金屬催化劑的基礎技術，包括過渡金屬氧化物、鹽類的還原技術和合金的部分萃取技術等，催化劑的材質也從鉑擴大到鐵、鈷、鎳等較便宜的金屬。

2.2.2氧化物催化劑的出現

鑒于19世紀開發的二氧化硫氧化用的鉑催化劑易被原料氣中的砷所毒化，出現了兩種催化劑配合使用的工藝。德國曼海姆裝臵中第一段采用活性較低的氧化鐵為催化劑，剩余的二氧化硫再用鉑催化劑進行第二段轉化。這一階段，開發了抗毒能力高的負載型釩氧化物催化劑，并于1913年在德國巴登苯胺純堿公司用于新型接觸法硫酸廠，其壽命可達幾年至十年之久。20年代以后，釩氧化物催化劑迅速取代原有的鉑催化劑，并成為大宗的商品催化劑。制硫酸催化劑的這一變革，為氧化物催化劑開辟了廣闊前景。2.2.3液態催化劑的出現

1919年美國新澤西標準油公司開發以硫酸為催化劑從丙烯水合制異丙醇的工業過程，1920年建廠，至1930年，美國聯合碳化物公司又建成乙烯水合制乙醇的工廠。這類液態催化劑均為簡單的化學品。2.3更新換代時期

在這一階段，高效率的絡合催化劑相繼問世；為了節能而發展了低壓作業的催化劑；固體催化劑的造型漸趨多樣化；出現了新型分子篩催化劑；開始大規模生產環境保護催化劑；生物催化劑受到重視。各大型催化劑生產企業紛紛加強研究和開發部門的力量，以適應催化劑更新換代周期日益縮短的趨勢，力爭領先，并加強對用戶的指導性服務，出現了經營催化劑的跨國公司。重要特點是 2.3.1高效絡合催化劑的出現

60年代，曾用鈷絡合物為催化劑進行甲醇羰基化制醋酸的過程，但操作壓力很高，而且選擇性不好。1970年左右出現了孟山都公司開發的低壓法甲醇羰基化過程，使用選擇性很高的銠絡合物催化劑。后來又開發了膦配位基改性的銠絡合物催化劑，用于從丙烯氫甲酰化制丁醛。這種催化劑與原有的鈷絡合物催化

劑比較，具有很高的正構醛選擇性，而且操作壓力低，1975年以后美國聯合碳化物公司大規模使用。利用銠絡合物催化劑。從α-氨基丙烯酸加氫制手性氨基酸的過程，在70年代出現。這些催化劑均用于均相催化系統。繼鉑和鈀之后，大約經歷了一個世紀，銠成為用于催化劑工業的又一貴金屬元素，在碳一化學發展中，銠催化劑將有重要意義。一氧化碳與氫直接合成乙二醇所用的銠絡合物催化劑正在開發。絡合催化劑的另一重大進展是70年代開發的高效烯烴聚合催化劑，這是由四氯化鈦－烷基鋁體系負載在氯化鎂載體上形成的負載型絡合催化劑，其效率極高，一克鈦可生產數十至近百萬克聚合物，因此不必從產物中分離催化劑，可節約生產過程中的能耗。2.3.2 固體催化劑的工業應用

1966年英國卜內門化學工業公司開發低壓合成甲醇催化劑，用銅-鋅-鋁-氧催化劑代替了以往高壓法中用的鋅-鉻-鋁-氧催化劑，使過程壓力從 24～30MPa降至5～10MPa，可適應當代烴類蒸汽轉化制氫流程的壓力范圍，達到節能的目的。這種催化劑在70年代投入使用。為了達到提高生產負荷、節約能量的目標，70年代以來固體催化劑造型日益多樣化，出現了諸如加氫精制中用的三葉形、四葉形催化劑，汽車尾氣凈化用的蜂窩狀催化劑，以及合成氨用的球狀、輪輻狀催化劑。對于催化活性組分在催化劑中的分布也有一些新的設計，例如裂解汽油一段加氫精制用的鈀／氧化鋁催化劑，使活性組分集中分布在近外表層 2.3.3分子篩催化劑的工業應用

繼石油煉制催化劑之后，分子篩催化劑也成為 , 石油化工催化劑的重要品種。70年代初期，出現了用于二甲苯異構化的分子篩催化劑，代替以往的鉑/氧化鋁；開發了甲苯歧化用的絲光沸石(M-分子篩)催化劑。1974年莫比爾石油公司開發了ZSM-5型分子篩，用于擇形重整，可使正烷烴裂化而不影響芳烴。70 年代末期開發了用于苯烷基化制乙苯的ZSM-5分子篩催化劑，取代以往的三氯化鋁。80年代初，開發了從甲醇合成汽油的ZSM-5分子篩催化劑。在開發資源、發展碳一化學中，分子篩催化劑將有重要作用 2.3.4環境保護催化劑的工業應用

1975年美國杜邦公司生產汽車排氣凈化催化劑，采用的是鉑催化劑，鉑用量巨大，1979年占美國用鉑總量的57％，達23.33t（750000金衡盎司）。目前，環保催化劑與化工催化劑（包括合成材料、有機合成和合成氨等生產過程中用的催化劑）和石油煉制催化劑并列為催化劑工業中的三大領域。2.3.5生物催化劑的工業應用

在化學工業中使用生化方法的過程增多。60年代中期，酶固定化的技術進展迅速。1969年，用于拆分乙酰基-DL-氨基酸的固定化酶投入使用。70年代以后，制成了多種大規模應用的固定化酶。1973年制成生產高果糖糖漿的葡萄糖異構酶，不久即大規模使用。1985年，丙烯腈水解酶投入工業使用。生物催化劑的發展將引起化學工業生產的巨大變化。此外，還發展用于能源工業的催化劑，例如燃料電池中用鉑載在碳或鎳上作催化劑，以促進氫與氧的化合.第三章 新型催化劑的開發與應用

3.1新型煉油與化工催化劑的研究

新型、高效催化劑的研制，是石油和化學工業實現跨越式發展的基礎。近年來，國際上有關催化劑的研究中，近50%的工作圍繞開發新型催化劑展開，且對其重視程度日益增加。另一顯著特點，是新型催化劑的開發與環境的友好密切聯系，即要求催化劑及催化技術生產生活必須品的同時，從源頭消除污染。從國際權威檢索系統收錄的研究論文數量來看，有關新型催化劑的報道自1990年至1999年至少增加了15倍，其中固體酸、固體堿、選擇性氧化等新型催化劑發展極為迅速。固體酸催化劑是近年來國際上發展起來的一類新型催化劑，因其可在酯化、烷基化、異構化等重要反應中替代傳統硫酸催化劑，并從源頭杜絕污染，從而成為發展勢頭最為強勁的一類新型催化劑。均相堿催化劑在化學品合成中占有相當比例，如環氧化物開環加成合成表面活性劑、酯交換制備精細化學品等，但因嚴重的污染問題對環境造成惡劣的影響。近年來，以固體堿替代傳統氫氧化鈉等液堿催化劑已成為必然的發展趨勢。由于對催化劑活性、經濟、環保的要求，煤液化催化劑的研究重點已經集中在超細粒分散型鐵基催化劑的制備與加入方式上，今后的研究課題仍需在用離子交換法引入催化劑的制備與加入方式上，今后的研究課題仍需在用離子交換法引入催化劑的方式、直接浸漬方法的改進、納米級氧化鐵和改性（硫化）氧化鐵的應用、低濃度的可促進鐵基催化劑活性提高 8 的金屬的加入等方面做工作。3.2新型汽車尾氣凈化催化劑研究

隨著汽車發動機新技術的應用及環保法規的日益嚴格，汽車尾氣轉化催化劑將呈一下發展趨勢。首先，為提高燃料燃燒效率和減少CO的排放，汽車發動機將逐漸采用貧燃技術。據有關報道，改發動機比常規發動機的燃燒經濟性高出20%~25%。由于氧氣過剩，因而將NOX還原脫出就成為一技術難題。目前正在研究的解決方案包括NOX捕集、選擇性還原和電熱催化劑等，該技術可望于近期在歐洲工業化。其次是設計發動機時能快速預熱的催化劑。在歐洲和北美，汽車排放污染物主要是在催化轉化器預熱之前的早期排放引起的。在今后數年中，美國、歐洲和日本將生效的更為嚴格的排放限制主要是針對啟動前20~30s尾氣的凈化。此外，汽車尾氣轉化催化劑生產商正致力于減少催化劑中的貴金屬含量。第三是消除H2S的排放。剛裝上催化轉化器的汽車在行駛時會產生難聞的氣味，這是由于催化轉化器中積累的硫以H2S的形式排出，目前合適的解決辦法正在研究之中。

3.3新型光催化劑的研究

20世紀70年代初的石油危機不僅帶來了光電化學的迅速發展，而且引起了對光催化劑領域的廣泛關注。近三十年來，由于在環境致力，太陽能轉換、臨床醫學等諸多方面的潛在應用，光催化及其相關技術得到了快速發展，尤其在污水處理和太陽能轉換方面得到了廣泛研究。

目前凈化水的技術有很多是借助于化學方法。光催化劑作為污水治理的新技術有以下優點：一是作為目前研究最為廣泛的高活性光催化劑TiO2可以吸收4%~5%的太陽光，且具有穩定性好、無毒、廉價等優點。二是除來源于空氣中的氧以外，不需要添加其他水溶性的氧化劑就可以分解有機污染物，原理上不需要添加其他化學藥品。三是同時進行氧化過程和還原過程。四是可以氧化其他高級氧化技術方法無法分解的穩定有機物。五是TiO2的殺菌作用是光催化劑的重要優點。

近年來，以日本、歐美為主的國家紛紛投入巨資和大量的人力進行相關的開發研究，每年都有大量的研究成果。據介紹，目前光催化劑開發的熱點主要是：非TiO2半導體材料的研究；混合/復合半導體材料的開發研究參雜TiO2催化劑；

催化劑的表面修飾；制備方法和處理途徑的探索等。

從光催化劑應用的前景來看，目前主要應用領域：一是TiO2涂層的自潔凈功能。將TiO2鍍在建筑材料、交通工具、室內裝修材料的外表，利用生活中的太陽光、照明燈光即能分解這些表層的污染物，雨水清洗即實現自潔功能。二是超親水性能用于制備防霧設備。如涂有超親水光催化性薄膜的玻璃遇到水氣時表面形成了均勻的水膜，所以鏡像保持清晰。三是空氣和水資源的凈化。水處理的分類有各種不同領域，如對上下水源的處理，工廠排水、農業的處理等在醫學方面用來消滅病菌和病毒也受到極大的關注。此外，光催化反應還在防腐、印刷、光儲存等諸多方面有著潛在的應用前景。

光催化要成為實用技術目前尚存在許多難點，如反應速度慢、量子效率低等，特別需要考慮污染物本身的特征以及可能產生有害的副產物。要想從根本上解決如上問題，關鍵是要改善催化劑已成為光催化劑研究的重要課題。利用多相光催化治理污染的過程不需要能源和化學氧化劑，催化劑無毒、廉價、反應物活性高、無選擇性。并且可能完全礦化有機物，破壞微生物。如果找到量子效率足夠高的光催化劑，該項技術將有十分廣闊的發展前景。3.4新型生物催化劑研究

生物催化劑技術是化學生物技術的一個組成部分，作為化學合成的一種手段或工具的重要性越來越大。消費者對新產品的需求、產業界要求提高收益并降低成本、政府和行政部門對加強管理的壓力以及新技術出現和科學發明等推動了生物催化劑的應用。精細化學品制造商不斷采用酶工藝制備手性中間體。美國的酶合成工藝正在向生產光性醫藥中間體的傳統合成工藝挑戰。目前使用的工業催化劑有青霉素?；?、天冬酶、磷脂酶、氨轉移酶、富馬酸酶以及固定化大腸桿菌等。用工業生物催化劑生產的產品有L-苯丙氨酸、L-天冬氨酸、綜合氨基酸、L-亮氨酸、丙烯酰胺、L-蘋果酸、L-丙氨酸、6-氨基青霉烷酸、氨芐青霉素、頭孢氨芐等。目前生物催化工業已經產生重大影響。在傳統方面，微生物和酶工藝已經被用于生物衍生原料?，F在開始擴展到石油衍生材料領域，并且手性酶在有機藥品合成及柴油微生物脫硫中得到廣泛應用，在反應中作歧化劑。生物催化合成技術與傳統的有機化學過程相比，具有潛在的優越性，其選擇性好，效率高，生產費用低。酶催化可用于精細化學生產，范圍包括藥品和農用化學品。酶不僅 10

對天然物催化有效，并且可用于非天然物的崔化反應，其催化選擇性較高，可在常溫條件下反應，易用于處理廢料。將傳統的化學合成轉化為生物催化過程，具有費用大大節減和環境友好的優點，它可提高天然原材料的使用率。目前，杜邦等公司已注冊酶工藝生產1,3-丙二醇的專利。生產過程利用了不同碳水化合物一步發酵技術。該產品已應用于聚對苯二甲酸三甲酯類聚酯的生產。催化劑在我們的生活中已經是必不可少的化學試劑了，而且也在不斷的發展著，它在我們的使用中也在不斷的改進，它已經運用在我們生活的方方面面。

第四章 對我國催化劑研究的一些建議

4.1加快環保催化劑開發速度

我國環境保護形勢嚴峻,目前仍在繼續造成新的環境污染和生態破壞。根據環保的需要,應主要開發生產用于處理汽車尾氣的新型工業催化劑(特別是貴金屬含量少的),潔凈空氣燃料添加劑合成的新型添加劑,用于除去揮發性有機物和新的烴基化催化劑,以適應日益嚴格要求的環保形勢。4.2高分子聚合催化劑

高分子聚合催化劑是合成材料的核心技術,直接影響石油化工、機械電子、建筑材料(化學建材)、汽車工業等支柱產業有關材料的生產技術水平。目前我國合成材料雖然發展很快,但合成材料的數量和質量都滿足不了市場的需求,還靠大量進口,因此要加快聚合催化劑的研制,特別是高分子材料中最為重要的聚烯烴催化劑的研制。

4.3有機合成、精細化工催化劑

我國有機原料、原材料、中間體總的形勢是供不應求,質量不夠好,品種較少,難以形成系列,不少要靠進口。針對這種情況,建議開發的重點是:低碳飽和烴和烯烴芳構化及重芳烴輕質化得到輕芳烴的各種新工藝所需催化劑,以擴大長期緊缺的芳烴來源,通過脫氧和選擇性氧化等新型催化劑的研制開發,利用低碳飽和烴,以擴大有機原料來源;研制重要有機產品,精細化學品,精細化工原料及中間制備新型催化劑;改進現有基本有機原料合成及凈化催化劑或研制新一代高效催化劑,使其活性、選擇性、壽命均有較大幅度的增加.4.4新催化材料的研制及應用

新催化材料包括全新的材料和改進現有材料兩方面,范圍極廣。今后的重點是結合舊工藝改進和開發新工藝,研制具有我國特色的分子篩,強化二氧化欽載體催化劑的推廣應用以及新型氧化鋁、氧化硅、復合材料、雜多酸、固體酸(堿)、均相催化劑和酶的固定化載體的研制開發等。催化技術是“九五”化學工業優先發展的關鍵性技術,新型高效催化劑已列入國家專項支持的重點科技攻關項目,這為我國催化劑的研制開發及其產業發展創造了有利條件。

參考文獻

[1] 吳越.催化化學[M].北京：科學出版社，1995 [2] 季生福，張謙溫等.催化劑基礎及應用[M].北京:化學工業出版社,2011 [3] 謝立進.半導體光催化劑的研究現狀及展望[J].硅酸鹽通報,2005（6）[4] 吳興惠.光催化劑可見光化研究進展[J].云南大學學報（自然科學版），2003 [5] 余燈華，廖世軍.幾種新型光催化劑及其研究進展[J].工業催化：2003（6）[6] 皇甫惠君，劉瑞斌.光催化降解電鍍污水中的COD[J].應用化工，2013（4）[7] 吳梧桐.蛋白質工程技術與新型生物催化劑設計[J].藥物生物技術，2004（1）[8] 朱炳辰，催化反應工程[M].北京:中國石化出版社,1999 [9] 李紹紛，化學與催化反應工程[M].北京:中化學工業出版社,1986 [10] 韓維屏等，催化化學導論[M].北京：科學出版社.2003 [11] 王偉,白屏1汽車尾氣凈化緊密耦合催化轉化器[J].貴金屬, 2003, 9 [12] 譚宇新,王樂夫.貧燃條件下汽車尾氣凈化催化劑的研究[J].上海環境科學, 1999, 9 [13] 彭友華,黃勇.國內外催化劑發展概況與開發建議[J].實用技術市場，1998,2:29-31 [14] 崔艷宏,王 偉.催化劑發展對化學工業的影響[J].廣州化工,2013.41(4):39-40 [15] 秦玉楠.含鉬催化劑發展現狀市場與應用前景[J].中國鉬業，1997,21（2）：111-115 [16] 華南平，楊平，杜玉如.CO高溫變換催化劑的發展[J].小氨肥設計技術，2005,26（4）： [17]翁玉攀,李慶水,張 鉦等.固體催化劑[J].化學工業出版社.1983,12

[18] 孫超.納米技術帶來的哲學思考［J].安徽農業大學學報，2002，11(2): 66 －68

致 謝

首先，非常感謝袁強老師在給我們耐心細致的講解了催化化學這門知識，他淵博的知識讓我欽佩，他在學術上的專注精神以及他個人在各個方面所展現出來的人格魅力同樣深深的影響著我。在這段時間，他向我傳授了大量的專業知識，培育了我從事化學研究的素質和能力。同時他嚴謹的治學態度、求實謙遜的工作精神、高尚的人格魅力將會是我終生學習的精神榜樣。還要感謝化學系的所有老師，他們不僅是我學習上的良師同時也是我人生的導師，他們向我傳授了大量的專業知識的同時還教給了我許多做人的道理，是他們的真知灼見給予了我很大的啟迪。再次我還要感謝貴州大學的一切，感謝母校貴州大學，給我提供一個良好的學習環境，感謝這里每一個給我幫助和帶給我感動的同學朋友，讓我最美好的四年青春歲月在這美麗的校園里過得豐富多彩。

在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請再次接受我誠摯的謝意!謹將此文獻給所有關心和幫助我的人!

材化101班

朱清元

2013年6月14日

第三篇：化學動力學學習心得

化學動力學學習心得

姓名：xx

學號：xx 1 什么是化學動力學

人類的生產實踐離不開能量,幾千年來使用的主要是化學能,即通過化學變化取得能量。人類從發明鉆木取火就開始認識到化學能帶來的好處?；鹚幍陌l明使化學能與社會生活的關系更加密切欲取得化學能,必須使物質起化學變化,變化的速率越快獲得能量的效率就越高。十九世紀中葉由于蒸汽機的發展,對鋼鐵和煤的需求急劇上升,礦主們已不能滿足火藥的效變,天才的諾貝爾發明了炸藥。炸藥的反應速率之快超出人們的想像，所以人類社會的要求是與化學反應的速率問題不可分的。化學動力學正是研究化學反應的速度的科學?；瘜W動力學作為物理化學學科的一個分支已有很久的歷史,并概括為研究化學反應的機理與速率的科學。化學動力學的發展經歷了從現象的觀察到理論的分析,從宏觀的測量到微觀的探索,因而它又分為宏觀化學動力學和微觀反應動力學,后者又稱分子反應動力學。

2化學動力學發展歷史

百年來化學動力學歷經的三大發展階段:宏觀反應動力學階段、元反應動力學階段和微觀反應動力學階段。這三大階段也體現了化學動力學研究領域和研究方法及技術手段的變化發展歷程。2.1宏觀反應動力學階段

化學動力學作為一門獨立的學科,它的發展歷史始于質量作用定律的建立。宏觀反應動力學階段是研究發展的初始階段,大體上是從19世紀后半葉到20世紀初,主要特點是改變宏觀條件,如溫度、壓力、濃度等來研究對總反應速率的影響,其間有3次諾貝爾化學獎頒給了與此相關的化學家。這一階段的主要標志是質量作用定律的確立和阿倫尼烏斯公式的提出。2.2元反應動力學階段

元反應動力學階段始于20世紀初至20世紀50年代前后,這是宏觀反應動力學向微觀反應動力學過渡的重要階段。其主要貢獻是反應速率理論的提出、鏈反應的發現、快速化學反應的研究、同位素示蹤法在化學動力學研究上的廣泛應用以及新研究方法和新實驗技術的形成,由此促使化學動力學的發展趨于成熟。在此階段有3次諾貝爾化學獎頒給了對化學動力學發展做出貢獻的化學家。2.3微觀反應動力學階段

微觀反應動力學階段是20世紀50年代以后化學動力學發展的又一新階段。這一階段最重要的特點是研究方法和技術手段的創新,特別是隨著分子束技術和激光技術在研究中的應用而開創了分子反應動力學研究新領域,帶來了眾多的新成果。尤其是20世紀80年代以來,僅從1986年到2002年的10多年間就有7次諾貝爾化學獎頒給了與此相關的化學家,可見其前沿性和創新性。

3化學動力學研究方法

3.1唯象動力學研究方法

也稱經典化學動力學研究方法，它是從化學動力學的原始實驗數據──濃度c與時間t的關系──出發，經過分析獲得某些反應動力學參數──反應速率常數 k、活化能Ea、指前因子A。用這些參數可以表征反應體系的速率特征，常用的關系式有：

式中r為反應速率；A、B、C、D為各物質的濃度；α、β、γ、δ稱為相對于物質A、B、C、D的級數；R為氣體常數；T 為熱力學溫度。

化學動力學參數是探討反應機理的有效數據。20世紀前半葉，大量的研究工作都是對這些參數的測定、理論分析以及利用參數來研究反應機理。但是，反應機理的確認主要依賴于檢出和分析反應中間物的能力。20世紀后期，自由基鏈式反應動力學研究的普遍開展，給化學動力學帶來兩個發展趨向：一是對元反應動力學的廣泛研究；二是迫切要求建立檢測活性中間物的方法，這個要求和電子學、激光技術的發展促進了快速反應動力學的發展。對暫態活性中間物檢測的時間分辨率已從50年代的毫秒級變為皮秒級。3.2分子反應動力學研究方法

從微觀的分子水平來看，一個元化學反應是具有一定量子態的反應物分子間的互相碰撞，進行原子重排，產生一定量子態的產物分子以至互相分離的單次反應碰撞行為。用過渡態理論解釋，它是在反應體系的超勢能面上一個代表體系的質點越過反應勢壘的一次行為。原則上，如果能從量子化學理論計算出反應體系的正確的勢能面，并應用力學定律計算具有代表性的點在其上的運動軌跡，就能計算反應速率和化學動力學的參數。但是，除了少數很簡單的化學反應以外，量子化學的計算至今還不能得到反應體系的可靠的完整的勢能面。因此，現行的反應速率理論(如雙分子反應碰撞理論、過渡態理論)仍不得不借用經典統計力學的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設，因而使這些速率理論不適用于非常快的反應。盡管對平衡假設的適用性研究已經很多，但完全用非平衡態理論處理反應速率問題尚不成熟。在60年代，對化學反應進行分子水平的實驗研究還難以做到。它應用現代物理化學的先進分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態下和不同分子體系中單分子的基元化學反應的動態結構，反應過程和反應機理。它從分子的微觀層次出發研究基元反應過程的速率和機理，著重于從分子的內部運動和分子因碰撞而引起的相互作用來觀察化學基元過程的動態學行為。中科院大連化學物理研究所分子反應動力學國家重點實驗室在這方面研究有突出的貢獻。結語及啟發

近百年來,化學動力學進展的速度很快, 氫原子里德堡飛渡時間譜技術、改進的通用型分子束儀器以及理論化學動力學研究推動了有關基元化學反應過程的態-態動力學、多通道反應動力學以及反應動力學中的共振等研究，近年來,在近場光學技術基礎上發展起來的掃描近場光學顯微鏡,突破了光學顯微鏡半波長的極限限制,分辨率達到10nm,可以分辨單個大分子。這一方面應歸功于相鄰學科基礎理論和技術上的進展,另一方面也應歸功于實驗方法和檢測手段的快速發展。理論和實驗的緊密配合可以幫助科學家深入了解各種基元化學過程是如何發生的,而更精細的實驗結果與更精準的理論研究的互動則是這一研究領域得以繼續發展的強大動力。實踐再一次證明:理論與實踐的緊密結合是科學得以發展的必由之路。

第四篇：高等動力學課程總結

高等動力學課程總結

剛進入博士一年級，所參與的課題是水下機器人的控制研究，進入課題組的時候，所涉及到的相關課題中的涉及到的很多的運動系統模型基本不知所以然，看了很多關于水下機器人的書籍和文獻，但是對其中的一些物理量也缺乏明確認知。很是慶幸的是開學的時候聽從了師兄的意見選修了《高等動力學》的課程，通過這一學期的學習，對分析力學、剛體力學等有了一些了解，對后續的課題研究打下了扎實的基礎。

《高等動力學》課程主要包括三個部分的內容，分別是分析力學，剛體力學和穩定性理論。分析力學通過引入廣義坐標將傳統矢量力學的矢量分析方法轉化為直接運用數學分析的方法，研究宏觀現象中的力學問題。分析力學的是獨立于牛頓力學的描述力學世界的體系；剛體力學包括剛體運動學和剛體動力學兩個基本部分內容，主要講述特殊質點系-剛體在外力作用下的運動規律；運動穩定性理論則主要介紹了穩定性的基本分析方法和判別方法及思路。分析力學

分析力學的最基本出發點是引入了廣義坐標的概念，并利用約束的概念建立了廣義坐標變量之間的相互關系，即約束方程。在此基礎上，引入了與矢量力學中牛頓動力學基本定律相對應的動力學普遍方程。此后在動力學普遍方程的基礎上通過不同的變化與數學推導，引出了適用于完成系統的拉格朗日第二類方程，哈密頓正則方程、羅斯方程和適用于非完整系統的拉格朗日第一運動方程、勞斯方程、阿貝爾方程和凱恩方程，在引入各方程的過程中引入了相對應的常見動力學量的廣義坐標形式和廣義動力學量。相比于經典力學中矢量力學分析方法，分析力學在分析過程中，完全避免了約束力在方程中出現，極大程度上減小了方程處理的難度。剛體動力學

剛體的一般運動可以分解為隨質心運動的平移和相對質心的轉動。剛體的平移可直接利用質心運動定理轉化為質點動力學問題，因而剛體繞定點的轉動是剛體動力學的主要內容。其主要內容包括剛體繞定點轉動的運動學和動力學兩大部分。穩定性理論

穩定性理論課程中，主要介紹了運動穩定性理論、Lyapunov 直接法、保守系統的平衡位置與定常運動穩定性、力的結構一起對運動穩定性的影響。

1.水下機器人受力分析

為了設計水下機器人的控制系統，首先需要建立機器人的動力學模型。在水下運動的機器人系統是一個非線性的動力學系統，需要確定的參數較多，由于技術和測試條件的限制，有些參數無法準確測定或者無法測定。為了控制的需要，有必要對系統進行必要的簡化，而只考慮對系統性能起主要作用的影響因素，這里主要考慮重力、浮力、推力和水動力對機器人的影響。重力和重力矩

水下機器人受到地球的引力作用，由此產生的力和力矩要反映到局部坐標系中去，可表示為

浮力和浮力矩

水下機器人在水中受到浮力作用，由此產生的力和力矩要反映到局部坐標系中去，可表示為

推動力和推動力矩

水下機器人所受推動力和推動力矩與推力器的布置有關，推力器的布置又與水下機器人的結構、線型、尺度及運動要求有關，屬于結構設計范疇。這里暫不涉及結構設計，只給定各推力器的布置。要求水下機器人實現 6 自由度的運動，考慮到每對推力器可以取相同或相反的推力方向，因此安裝三對推力器就可T2 位于O'x'y' 以實現 6 自由度的運動。圖中以箭頭表示推力器，其中推力器 T1、平面并且相對于 x' 軸對稱，實現繞 z' 軸的轉動及沿 x' 軸的平動；推力器 T3、T4 位于 O'y'z'平面并且相對于 y' 軸對稱，實現繞 x' 軸的轉動及沿 y' 軸的平動；推力器 T5、T6 位于 O'x'z'平面并且相對于z' 軸對稱，實現繞 y' 軸的轉動及沿z' 軸的平動。

推力器產生的推動力

設第 i 個推力器的螺旋槳轉速為 ni，螺旋槳直徑為Di，第 i 個推力器的推力系數為 KTi，第 i 個推力器產生的推力為 FTi，水的密度為 ρ。則有

推力器產生的合力與合力矩

y'、z' 軸方向上的合力分別為 Tx′、Ty′、Tz′，y'、設沿 x'、作用于 x'、z' 軸的合力矩分別為 KT、MT、NT，計算如下

水動力和力矩

機器人在水中會受到水動力作用，由此產生的力和力矩要反映到局部坐標系中。設水流在大地坐標系下的速度為

水流的速度在局部坐標系與大地坐標系之間的變換關系為式中

水流相對于機器人的速度

水流阻力和阻力矩

水流阻力與水下機器人相對水流速度的平方成正比。設沿 x'、y'、z' 軸線方向的水流阻力分別為Fx'、Fy'、Fz'，它們可分別由下式計算

水流產生的阻力矩與機器人角速度平方成正比，由試驗測得阻力矩系數(Kx′、Ky′、Kz′)后，可以求得流體對水下機器人產生的阻力矩在 x'、y'、z' 軸上的投影分別為附加質量。

水下機器人在流體中加速運動時，對周圍的流體也產生作用力，使之產生加 這速度，在其周圍環繞的做加速運動的流體質量稱為附加質量。為了研究方便，里近似認為水下機器人是前后左右對稱的，則機器人沿三個軸向的附加質量只與各自軸線方向的加速度和角加速度有關。其中，沿 x'、y'、z' 軸線方向產生的附加質量分別為，沿 x'、y'、z' 軸旋轉方向的附加質量分別為，它們可由試驗測得。

2.機器人動力學模型的建立

基于上述坐標系的建立和受力分析，根據牛頓第二定律和動量矩定理，可以推導求得水下機器人動力學方程的矩陣表示形式

式中

v、w、求解動力學方程就可以得到機器人在局部坐標系中描述的運動規律(即 u、p、q、r)，然后轉換到大地坐標系下得到機器人在大地坐標系中描述的運動規律

式中x , y , z——機器人在大地坐標系中沿三個軸向的速度。用于控制的動力學模型

水下機器人的動力學方程是在局部坐標系中建立的，而軌跡規劃及控制都是在大地坐標系中描述的，因此為了研究水下機器人的控制，需要將機器人在大地坐標系中描述的運動參數及控制參數轉換到在局部坐標系中描述。定義水下機器人在大地坐標系中的位置參數及姿態參數分別為

根據式可以得到水下機器人在局部坐標系和大地坐標系之間的速度、加速度、角速度和角加速度的變換關系為

這樣，上式組成了水下機器人的控制基礎。

第五篇：化學動力學的研究與應用

化學動力學的研究及其應用

1110712 胡景皓

摘要: 化學動力學研究的對象包括化學反應進行的條件（溫度、壓強、濃度、介質）對化學過程速率的影響，反應的歷程（反應機理），物質的結構與化學反應能力之間的關系。

關鍵詞：放射性測定，蛻變速率，半衰期，放射性同位素

1.化學動力學的研究領域

化學動力學作為物理化學學科的一個分支已有很久的歷史,并概括為研究化學反應的機理與速率的科學?；瘜W動力學的發展經歷了從現象的觀察到理論的分析,從宏觀的測量到微觀的探索,因而它又分為宏觀化學動力學和微觀反應動力學,后者又稱分子反應動力學。1928年M.Polanyi研究Na_2+Cl_2反應的機理,相繼建立了多維勢能面來研究反應的進程,被譽為微觀反應動力學誕生的里程碑。七十年代以來,分子束和激光技術的發展并在動力學研究中廣泛應用,促使反應動力學的研究得到長足進步。1986年諾貝爾化等獎授予這個領域的三位著名化學家D.R.Herschbach,Y.T.Lee和J.C.Polanyi,標志著化學反應動力學的重要性,以及目前已經取得的進展和達到的水平。

2.化學動力學的研究方法

2.1.唯象動力學研究方法

也稱經典化學動力學研究方法，它是從化學動力學的原始實驗數據──濃度c與時間t的關系──出發，經過分析獲得某些反應動力學參數──反應速率常2 數 k、活化能Ea、指前因子A。用這些參數可以表征反應體系的速率特征，常用的關系式有：

式中r為反應速率；A、B、C、D為各物質的濃度；α、β、γ、δ稱為相對于物質A、B、C、D的級數；R為氣體常數；T 為熱力學溫度。

化學動力學參數是探討反應機理的有效數據。20世紀前半葉，大量的研究工作都是對這些參數的測定、理論分析以及利用參數來研究反應機理。但是，反應機理的確認主要依賴于檢出和分析反應中間物的能力。20世紀后期，自由基鏈式反應動力學研究的普遍開展，給化學動力學帶來兩個發展趨向：一是對元反應動力學的廣泛研究；二是迫切要求建立檢測活性中間物的方法，這個要求和電子學、激光技術的發展促進了快速反應動力學的發展。對暫態活性中間物檢測的時間分辨率已從50年代的毫秒級變為皮秒級。

2．1.1分子反應動力學研究方法

從微觀的分子水平來看，一個元化學反應是具有一定量子態的反應物分子間的互相碰撞，進行原子重排，產生一定量子態的產物分子以至互相分離的單次反應碰撞行為。用過渡態理論解釋，它是在反應體系的超勢能面上一個代表體系的質點越過反應勢壘的一次行為。原則上，如果能從量子化學理論計算出反應體系的正確的勢能面，并應用力學定律計算具有代表性的點在其上的運動軌跡，就能計算反應速率和化學動力學的參數。3

分子勢能面

但是，除了少數很簡單的化學反應以外，量子化學的計算至今還不能得到反應體系的可靠的完整的勢能面。因此，現行的反應速率理論(如雙分子反應碰撞理論、過渡態理論)仍不得不借用經典統計力學的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設，因而使這些速率理論不適用于非常快的反應。盡管對平衡假設的適用性研究已經很多，但完全用非平衡態理論處理反應速率問題尚不成熟。

在60年代，對化學反應進行分子水平的實驗研究還難以做到。經典的化學動力學實驗方法不能制備單一量子態的反應物，也不能檢測由單次反應碰撞所產生的初生態產物。分子束(即分子散射)，特別是交叉分子束方法對研究化學元反應動力學的應用，使在實驗上研究單次反應碰撞成為可能。分子束實驗已經獲得了許多經典化學動力學無法取得的關于化學元反應的微觀信息，分子反應動力學是現代化學動力學的一個前沿陣地。4 它應用現代物理化學的先進分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態下和不同分子體系中單分子的基元化學反應的動態結構，反應過程和反應機理。它從分子的微觀層次出發研究基元反應過程的速率和機理，著重于從分子的內部運動和分子因碰撞而引起的相互作用來觀察化學基元過程的動態學行為。中科院大連化學物理研究所分子反應動力學國家重點實驗室在這方面研究有突出的貢獻。

3.化學動力學的應用

化學動力學是一個應用非常廣泛的科學領域，如何較準確地測定考古挖掘物的年代，是考古學家們需要解決的重要課題。自20世紀中葉以來，科學家用先進技術解決了這一問題，即用放射性碳測定年代的技術。

碳的同位素主要是穩定同位素12C，13C及具有放射性的14C。

地球上的大氣永恒地承受著穿透能力極強的宇宙線照射。這些射線來自于外層空間，它是由電子、中子和原子核組成的。大氣與宇宙線間的重要反心之一是中子被大氣中的氮-14捕獲產生了放射性的碳-14和氫：

14711N?0n???146C?1H

放射性的碳原子最終生成了14CO2，它與普通的二氧化碳12CO2（12C在自然界的豐度占碳總量的98.89%）在空氣中混合。同位素碳-14蛻變放射出粒子（電子），其蛻變速率由每秒放射出的電子數來測定。蛻變為一級反應，其速率方程式為：v?kN

K為一級反應速率系數；N為所存在的14C核的數目。蛻變的半衰期為5.730.6933×103年 k=5.73?10a=1.21×10-4a-1

當植物進行光合作用吸收了CO2的時候，C同位素進入了生物圈。動物吃了植物，在新陳代謝中，又以CO2的形式呼出碳-14.因而導致碳-14以多種形式參與了碳在自然界中的循環。因反射蛻變減少了的14C又不斷地被大氣中新產生的1

414C補充著。在蛻變補充的過程中，建立了動平衡。因此14C與12C的比例在生命

14體內保持恒定。當植物或動物死亡之后，其中的碳-14不再得到補充。由于C蛻變過程沒有終止，死亡了的生命中14C所占的比例將減少。在煤、石油及其他5 地下含碳的材料中碳原子也發生著同樣的變化。如多年之后的干尸（木乃伊）中核與活著人們的體內14C與12C的比例隨著年代的增長成正比地減少。

1955年，W．P．Libby（美國化學家）提出，這一事實能用于估算某特定樣品在沒有補充14C的情況下，碳-14同位素已經蛻變的時間。

ln根據co(A)Nolnc(A)= k t，可以寫出N=kt

時所存在的14C核數；時所存在的14C核數。

因為蛻變速率正比存在的14C核數，上述方程可寫作：

1NolnN t=k1v1vnewln?ln?4?41.21?10av1.21?10avold ' t=若已知新（new）、舊（old）樣品的蛻變速率v，就能計算出t，即舊樣品的年齡。這種有獨創性的技術是以極簡單的概念為基礎的。W．F．Libby奠定了這一技術的基礎，為此他榮獲了1960年的Nobel化學獎。

“碳-14測定年代法”的成功與否，取決于能精確地測量蛻變速率。在活著（new）的生物體內14C／12C為1/1012,14C的量如此之少，所用儀器的檢測器對放射性蛻變要特別靈敏。對年代久遠的樣品來說，要達到較高的精確度就更加困難。盡管如此，這一技術已成為考古學中判斷古生物年齡的重要方法，可以用來判斷遠離現在（1000-50000）年之久的生物化石、繪畫和木乃伊等。

參考文獻：

國漢賢.《應用化工動力學》.北京.化學工業出版社.2003 《無機化學》第五版.大連理工大學無機化學教研室編.西南交通大學出版社，2004 文章《化學與文物考古》.梁宏斌.2005 《物理化學》南京大學化學化工學院（第五版）傅獻彩 沈文霞 姚天揚 侯文華編.高等教育出版社.2006