高中化学《化学反应的快慢和限度》文字素材3 鲁科版必修2

神奇的催化剂氧化钛作为光催化剂具有优良的防污、除臭剂、抗菌、杀菌、水质和大气净化、污物和有害化学物质分解等诸多功能，是保护生态环境的有效技术手段。白色染料氧化钛可能对人们来说并不陌生，但作为神奇的光催化剂，对人们来说是10多年前的事了。氧化钛暴露在阳光下的分解力很强，用光催化剂开发的是日本东京大学的藤道佐教授。1967年刚进入大学研究生院的邓多岛乔进行了由副教授本达肯指导的实验。他把二氧化钛和白金分别作为电极放入水中，晒太阳，突然发现水中有气泡。经过分析，研究人员确认两端电极分别产生了氧和氢。这种现象后来称为“藤本多效”。20世纪70年代发生了“石油危机”，藤原想利用这种反应制造清洁能源氢和氧，但这样产生氢的效率太低了。利用氧化钛生产能源的研究被中断。但是藤岛还发现，在研究过程中，氧化钛暴露在阳光下会起很强的氧化分解作用。所以自20世纪80年代以来，我一直致力于研究氧化钛的氧化分解能力及其用途。现在氧化钛这种神奇的光催化剂引起了人们的高度关注。日本的很多企业也认识到光催化剂的产业应用前景，积极参与这一新技术领域。制造商应用不同的技术，将氧化钛制成粉末、溶液、凝胶、泥浆、涂层、颗粒、薄膜等多种形式的材料，开发抗菌瓷砖、防污建筑材料、水质净化、食品保存等多种环保产品，并以超防水性和超亲水性研究开发了磨砂玻璃、防污树脂等。此外，科学家也在研究用来治疗癌症或制作印刷板的技术。在邓道佐教授的赞助下，日本成立了光能素材料研究会，从1993年开始每年举行有关光触媒的学术研讨会和新产品展览会。11月9日，第七届光催化学术研讨会和展览在东京大学举行，中国等各国专家学者约有800人参加，在会议上发表了66篇论文，展示了12件新产品。其中经过光催化处理(附着氧化钛薄膜一层)的树脂板可用作建筑材料，具有自我净化功能，可以去除烟雾、灰尘等污物，长期保持清洁；内部使用用光催化剂涂层的玻璃纤维的农产品保存装置，将其放入冷藏仓库，消除农作物释放的乙烯气体和其他恶臭，抑制农作物新鲜度的减少。可在各种材料表面制作的光干涉彩色胶片，使有机物分解、除尘、除臭、抗菌有效，可应用于建筑、医疗器械、护理机构、厨房餐具、镜子、过滤器等光气器具；利用烧结法，用氧化钛和陶瓷制成的陶瓷光催化剂制造除臭部的光除臭剂，可以为造纸、食品加工和医院、养老院等各种工厂和公共设施提供新鲜空气；使用光催化过滤器的“用于防污活性的光催化评价器”，可以测量少量光源和在相对短的时间内去除苯等有害化学物质的光催化剂的效果。此外，利用光催化剂制作的除臭剂、杀菌等作用的家用空气净化器也包括在展品中。光催化窗帘，有助于预防“新家综合征”；用照明用可见光除臭的灯罩等。专家认为，随着对氧化钛的研究进一步深入，在21世纪，这种神奇的光催化剂将市场规模增长到数百亿美元的新材料产业。生物的生存时时刻刻都在进行一系列化学变化，这种变化称为新陈代谢。生物体内的化学变化很复杂，但都是在常温下常压下进行的。有一种细菌叫rhizobia，它在常温下把氮固定在大气压下，人要做到这一点，需要数千大气压和数百度的温度。为什么生物体有这种本领？据调查，生物体中普遍存在特殊种类的催化剂酶。它有效地减少参与化学反应的每个分子的活化能，使生物体快速有效地完成各种化学反应。植物的光合作用、人的食物消化或吸收等，都不是通过酶直接参与而实现的。我国工人从4000多年前开始就用食物、水果发酵酿酒，周朝人知道用麦芽酶用淀粉水解制麦芽，春秋战国时期已经可以用歌曲治疗消化不良症。现代对酶的科学研究始于18世纪。1752年，意大利科学家巴兰首先让尼知道鹰的黄色胃液中有可以分解食物的物质。1777年，苏格兰医生史蒂文斯发现，在哺乳动物的胃中使用导管提取上述液体，对食物起到分解作用。1834年，德国科学家斯万发现，利用氯化汞和动物的胃液获得一些白色沉淀物，去除水银后分解食物的能力比胃液更强。很快，有潜力的科学家佩恩和费索发现，从麦芽中提取的物质将淀粉迅速水解为糖。直到1878年，德国化学家把这一系列具有催化能力的物质称为“酶”。酶被称为两种。一个是由无机物组成的。叫做无机酶。在体内起催化作用的另一种有机酶。这实际上是生物化学中活力理论的翻版。1897年，德国化学家比希娜做了一个著名的实验。用砂轮将活酵母细胞与水一起磨成粉末，过滤滤液也起到了发酵作用，荣获1907年诺贝尔奖。1925年，美国内尔台独臂年轻化学家萨莫娜不顾身体残疾，提炼出酶，并证明它是蛋白质。之后，美国化学家诺斯佩斯提炼出一系列酶，证明他们是蛋白质。他俩因此获得了诺贝尔奖。此后几十年，科学家们一直认为酶的成分是蛋白质。1982年，美国化学家切赫和波特曼破格发现了非蛋白酶核酸，这也可以作为生物催化剂。切赫和波特曼的发现打破了生物催化剂中蛋白质一价的传统概念，为未来生命的人工合成提供了重要信息。未来除了蛋白质和核酸外，还可能有多种形式的催化剂。特别重要的是，切赫和奥特曼的发现为生命的起源和进化提供了新的线索。在地球原来的海洋里，可以想象核酸形成时，其变化可以成为催化剂。切赫和波特曼的发现为研究生命起源开辟了新的航线，并获得了1983年的诺贝尔奖。在这里，为了补偿研究酶的组成，诺贝尔奖被授予了三次。由于酶具有惊人的催化能力，这一发现在理论和应用上都具有重大意义。据统计，到目前为止，已发现2000多种酶，精制并决定了100多种，产品生产120多种，工厂生产60多种。他们在食品、医药品、制革等几十个产业中发挥着巨大的作用。至于催化剂，人们看起来有些生疏。数千年来，用来制作巴尔莫或葡萄酒的酵是一种称为酶的生物催化剂。大家都知道化肥的主要成分吧？氨由氢原子和氮原子组成。氢和氮混合后，再高的温度或再大的压力过了很长时间，氨也不会改变太多。但是一旦在特定条件下接触以铁为主要成分的催化剂，就会变成氨。这些东西能产生数千倍的反应速度石油的精炼及化学生产所用的催化剂多种多样，大部分是固体、液体或气体。他们的共同要求是具有高活性、优秀的选择性和持久的稳定性。作为催化剂，首先要有高活性。也就是说，希望在几分钟，甚至几秒钟内完成反应，以最大限度地提高所需反应的速度。对于相同的反应原料，它们之间可能会发生多种不同的反应，倾向于要求只加速其中一种反应，而对于其他所谓的副作用，往往不希望加速。也就是说，要求催化剂为了得到尽可能多的目的物，具有更高的选择性。另外，催化剂成本在产品成本中很重要，以铂、钯等贵金属为原料的催化剂更贵，因此，催化剂性能稳定，寿命最大化，才能降低成本，也可以避免由于催化剂频繁更换而造成的时间浪费。催化剂的种类主要有金属催化剂、金属氧化物催化剂、金属硫化物催化剂、固体酸催化、金属有机化合物催化剂等。石油的精炼及化学生产中使用的催化剂的成分往往不是单一的，而是由载