《催化剂表征与测试》课程教学大纲.doc

催化剂表征与测试课程教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：催化剂表征与测试课程英文名称：Testing and Characterization of catalysts课程编号：06141290课程类型：专业（方向）课总 学 时： 36 实验学时：12 上机学时：0 课外学时：0学 分： 2适用专业：工业催化先修课程：物理化学，催化作用原理开课院系：化学化工学院化学工程系二、课程的性质与任务催化剂是催化反应工艺和工程的核心。研究催化剂就是为了揭示寻找其内在规律，以便制备出活性高、选择性好和寿命长的优良催化剂。催化剂本身的结构、物理化学性质、催化作用及其催化反应过程都是及其复杂的。但是，催化理论的发展还不能达到直接从理论上完全预见的水平，因此必须借助多种先进的测试手段来揭示催化作用的规律和机理。催化剂表征与测试课程正是满足这一需要，系统介绍固体催化剂的基本分析测试方法和一部分最新的物理测试技术，包括各种方法的基本原理、所用仪器、装置特点、操作的技术要点、应用实例及方法的有效范围，为培养工业催化类专业工程师提供坚实的理论基础服务。三、课程教学基本要求表征催化剂可提供给人们三种不同的但又互相联系的信息即化学组成和结构、催化剂纹理和机械性质、以及催化活性。学生应该了解催化剂的性质，包括元素组成，可能呈现的单个相的组成、结构和含量，表面的组成，可能呈现的表面功能基的性质和含量，催化剂的纹理。掌握各种测试方法的原理，熟悉用各种测试获得的信息解释催化剂的性质。在掌握了催化剂表征与测试的基本理论和方法之后，学生不应满足于课堂上的教学，更要学会从工程学的观点看问题，分析和解决问题。四、理论教学内容和基本要求绪论（2学时） 1 课程的性质与任务2课程的主要内容3课程的教学安排4主要参考文献基本要求 了解催化剂表征与测试在催化反应研究中的重要性。熟悉相关的术语和基本概念。重点 与催化剂表征有关的若干术语和基本概念。难点 催化剂表征与测试的最新进展第一章 催化剂比表面积和孔结构测定（4学时）1 物理吸附理论简单介绍2 表面积计算3 孔容和孔分布计算4 蒸汽吸附实验技术基本要求：物理吸附的基本概念和原理重点：表面积计算难点：孔容、孔分布计算。第二章 多晶X射线衍射技术（4学时）1 X射线的产生及性质2 晶体几何学基本知识3 X射线衍射的基本原理4 X射线粉末衍射技术5物相鉴定与物相定量基本要求：X射线的产生及性质，晶体几何学基本知识重点：X射线衍射的基本原理难点：物相鉴定与物相定量第三章 热分析（8时）1 差热分析（DTA） 1.1 基本原理1.2 差热分析实验装置1.3 差热曲线1.4 差热曲线的应用1.5 影响DTA曲线的因素2 差式扫描量热法（DSC） 2.1 基本原理2.2 差式扫描量热计及其工作原理2.3 差式扫描量热曲线2.4 DSC曲线的应用3 热重法（TG） 3.1 热天平及其工作原理3.2 热重曲线3.3 热重曲线的应用3.4 热重曲线的影响因素4 热分析在催化研究中的应用 4.1 催化剂组成的确定4.2 催化剂制备条件的选择4.3 催化剂活性的评价4.4 催化剂活性组分与载体的相互作用4.5 研究催化剂的中毒与老化4.6 催化剂积碳行为的研究4.7 固体催化剂表面酸性测定基本要求：1. 差热分析（DTA）的基本原理2. 差式扫描量热法（DSC）的基本原理3. 热天平及其工作原理重点：1影响DTA曲线的因素2差式扫描量热曲线及其影响因素3热重曲线的影响因素难点：热分析在催化研究中的应用 1 催化剂组成的确定2 催化剂制备条件的选择3 催化剂活性的评价4 催化剂活性组分与载体的相互作用5 研究催化剂的中毒与老化6 催化剂积碳行为的研究7 固体催化剂表面酸性测定第四章 电子显微镜法（4学时）1 透射电子显微镜1.1 电子显微镜的电子光学基础1.2 透射电子显微镜构造1.3 透射电子显微图像的衬度原理1.4 透射电子显微镜实验技术1.5 TEM 在催化剂研究中的应用2 扫描电子显微镜 2.1 扫描电镜成像原理 2.2 SEM的操作形式及像衬度 2.3 SEM的分辨力与放大倍数 2.4 SEM仪器构造 2.5 SEM在催化剂研究中的应用基本要求 1. 电子显微镜的电子光学基础，透射电子显微镜构造；2. 扫描电镜成像原理重点 1. 透射电子显微图像的衬度原理，透射电子显微镜实验技术；2. SEM的操作形式及像衬度，SEM的分辨力与放大倍数，SEM仪器构造。难点 1. TEM 在催化剂研究中的应用2. SEM在催化剂研究中的应用第五章 催化剂金属分散度与酸性测定（4学时）1 负载型催化剂金属分散度测定1.1 氢吸附法1.2 HOT法2 多相催化剂酸性及其测定方法 2.1 固体表面的酸和碱2.2 Hammett指示剂法2.3 碱性气体吸附脱附法基本要求 1. 负载型催化剂分散度测定原理；2. 固体催化剂酸碱定义、酸强弱概念、酸量及其分布。重点 1. 负载型催化剂分散度测定及其影响因素；2. 固体催化剂酸性测量及其影响因素。难点 1负载型催化剂分散度测定的应用；2固体催化剂酸性测量的应用。第六章 红外吸收光谱法（6学时）1红外光谱基本理论1.1 红外光谱的产生1.2 分子振动方程式1.3 分子振动形式1.4 红外光谱的吸收强度1.5 影响吸收峰峰位的因素2吸附分子的红外光谱3红外光谱仪3.1 双光束光学自动平衡式红外光谱仪3.2双光束电学自动平衡式红外光谱仪3.3 计算机红外光谱仪4红外光谱的实验技术4.1 样品制备4.2 红外吸收池5红外光谱在催化研究中的应用5.1 固体表面酸性的测定5.2 双金属催化剂的化学表征5.3 金属载体相互作用研究5.4 作为探针分子的CO吸附态5.5 反应动态学的研究基本要求 红外光谱基本理论重点 吸附分子的红外光谱；红外光谱的实验技术。难点 红外光谱在催化研究中的应用，包括固体表面酸性的测定，双金属催化剂的化学表征，金属载体相互作用研究，作为探针分子的CO吸附态，反应动态学的研究。第七章 电子能谱法（4学时）1光电子能谱1.1 光电子能谱和光电子能量公式1.2 X射线光电子能谱1.3 谱峰位移2俄歇电子能谱（AES）2.1俄歇效应和俄歇电子能量公式2.2 俄歇电子能谱3电子能谱仪和实验技术4电子能谱在催化研究中的应用4.1 组分识别4.2 价态分析4.3 半定量分析4.4 金属分散度测定4.5 酸性测定4.6 在其它催化研究中的应用基本要求 1. 光电子能谱和光电子能量公式；2. 俄歇效应和俄歇电子能量公式。重点 电子能谱仪和实验技术，X射线光电子能谱，俄歇电子能谱。难点 电子能谱在催化研究中的应用，包括组分识别，价态分析，半定量分析，金属分散度测定，酸性测定，在其它催化研究中的应用。五、 实验教学内容和基本要求六、 课外教学内容和基本要求七、有关教学环节的要求在学习本课程之前，学生要完成物理化学课程和工业催化原理的学习；本课程教学方式以课堂教学为主，适当结合讲座丰富课堂教学内容与气氛；本课程所采用或建议使用的考核方法有闭卷、开卷、论文或设计等形式，执行时视具体情况而定。成绩评定可以综合考虑多种考核方式，但应说明分数构成的百分比例。八、学时分配建议根据以下表格格式按章节简要填写主要内容、学时分配和作业题量等。章节主要内容各教学环节学时分配作业题量备注讲授实验上机习题讨论课外小计绪论催化剂表征的背景、目的及课程的性质、任务220第一章1 物理吸附理论简单介绍2 表面积计算3 孔容和孔分布计算4 蒸汽吸附实验技术31424第二章1 X射线的产生及性质2 晶体几何学基本知识3 X射线衍射的基本原理4 X射线粉末衍射技术5物相鉴定与物相定量31424第三章1 差热分析（DTA）2 差式扫描量热法（DSC）3 热重法（TG）4 热分析在催化研究中的应用611846第四章1.透射电子显微镜2 扫描电子显微镜441-3第五章1 负载型催化剂金属分散度测定2 多相催化剂酸性及其测定方法31424第六章1红外光谱基本理论2吸附分子的红外光谱3红外光谱仪4红外光谱的实验技术5红外光谱在催化研究中的应用5163-6第七章1光电子能谱2俄歇电子能谱（AES）3电子能谱仪和实验技术4电子能谱在催化研究中的应用31424合 计1831九、 建议教材及主要教学参考书建议教材：刘维桥，孙桂大，固体催化剂实用研究方法。北京：中国石化出版社，2000教学参考书：1Campbell,J.S. Catalyst Handbook（Imperial Chemical Industries Ltd）. London: Wolfe scientificBooks1970.2Trimm, D.L. Design of Industrial Catalysts Amsterdam: Elsevier, 1980.3Thomas, A.H. and Brundrett, C.P. Chem. Eng. Prog., 1980（76）: 41.4Dewing, J. and Da