高中化学 神奇的催化剂素材 苏教版必修1

1、神奇的催化剂氧化钛是一种光催化剂，它具有超群的防污、除臭、抗菌、杀菌、净化水质和大气、分解污物和有害化学物质等许多功能，是保护生态环境的一种有效技术手段。氧化钛作为一种白色染料，对于人们来说也许并不陌生，但它作为一种功能神奇的光催化剂为人们所认识，还是多年前的事情。发现氧化钛在阳光（紫外线）照射下具有强大的分解能力，并把它开发成为一种光催化剂的是日本东京大学的藤岛昭教授。年，刚刚考上大学研究生的藤岛昭在副教授本多健一的指导下进行一项实验。当他把二氧化钛和白金分别作为电极放在水中，经太阳照射，突然他发现从水中冒出了气泡。经过分析，研究人员确认两端电极分别产生了氧气和氢气。这一现象后来被称为“藤岛

2、本多效应”。年代发生“石油危机”后，藤岛原本想利用这个反应制造清洁能源氢和氧，但是如此生成氢氧的效率实在是太低。使用氧化钛生产能源的研究因此而陷于中断。但藤岛在研究过程中还发现，氧化钛经太阳光（紫外线）照射，能够产生极其强大的氧化分解作用。于是年代以后，他转而集中精力研究开发氧化钛的氧化分解能力及其用途。目前，氧化钛这种神奇的光催化剂已经引起了人们的高度重视。日本许多企业也认识到了光催化剂的工业应用前景，积极涉足这一新技术领域。各厂家应用各自的技术，把氧化钛制成粉末、溶液、凝胶体、泥浆状、涂料、颗粒、薄膜等各种形态的材料，开发出各种环保产品，如抗菌瓷砖、防污建材以及水质净化、食品保鲜等器具，并

3、且还应用它的超防水性和超亲水性研究开发成功了防雾玻璃、防雾树脂等。此外，科学家们还在研究用它治疗癌症、制作印刷版等方面的技术。在藤岛昭教授的倡议下，日本成立了光功能材料研究会，从年起每年召开一次关于光催化剂的学术研讨会和新产品展示会。今年月日，第七届光催化剂学术研讨会和展示会在东京大学举行，包括中国在内的各国专家学者约人与会，会上发表论文篇，展出新产品件。其中，经过光催化剂处理（贴一层氧化钛薄膜）的树脂板，可作为建筑材料，它具有自我净化能力，能够清除烟、尘等污物，长期保持清洁；内部使用涂覆了光催化剂的玻璃纤维的农产品保鲜装置，放在冷藏仓库中，可清除农作物释放的乙烯气体及其它臭气，抑制农作物鲜度

4、的下降；可在各种材料表面制作的光干涉彩色薄膜，能有效分解有机物、清除污垢、消臭、抗菌，可应用在建筑、医疗器械、护理用具、厨房餐具、镜子及过滤器等光学仪器上；使用烧结方法，用氧化钛和陶瓷制作的陶瓷光催化剂构成脱臭部的竖立式光脱臭机，能够产生新鲜的空气，适用于造纸、食品加工以及医院、养老院等各种工厂和公共设施；使用光催化剂过滤器的“防污活性用光催化剂评估仪”，能够以少量的光源和比较短的时间测定光催化剂清除苯等有害化学物质的效果。此外，展品中还包括利用光催化剂制成的有除臭、杀菌等作用的家庭用空气净化器；有助于防止“新居综合症”的光催化剂窗帘；利用照明用可视光源除臭的灯罩等。专家认为，随着对氧化钛研究

5、的进一步加深，在世纪，这种神奇的光催化剂很可能成长为市场规模达数百亿美元的新材料产业。生物的生存每时每刻都要进行一系列的化学变化，这些变化总称为新陈代谢。虽然生物体内化学变化十分复杂，但它们都在常温常压下完成。比如有种叫根瘤菌的细菌在常温常压下就能把空气中的氮气固定下来，而人类要做到这一点却必须用几千个大气压和几百度的温度。 生物体为什么有这种本领呢？原来，生物体内广泛地存在一类特殊的催化剂酶。它能有效地降低参加化学反应的各个分子的活化能，使生物体能够快速而高效地完成各种化学反应。植物的光合作用，人对食物的消化、吸收等无一不是在酶直接参与下发生和完成的。远在4000多年前，我国劳动人民就已用粮

6、食、水果发酵酿酒，在周朝就知道用麦芽糖酶催化淀粉水解来制取麦芽糖，春秋战国时已能利用曲来治疗消化不良症。近代，对酶的科学研究开始于18世纪。1752年，意大利科学家斯巴兰让尼首先发现老鹰的黄色胃液中有一种能分解食物的物质。1777年，苏格兰医生史蒂文斯用导管插入哺乳类动物胃里，抽出胃液，发现它对食物有分解作用。1834年，德国科学家施旺用氯化汞和动物胃液作用，得到一些白色沉淀，把汞除去后，发现剩余物质分解食物的能力竟比胃液还强。不久，潜力科学家佩恩和佩尔索发现从麦芽里提取的物质竟能迅速地把淀粉水解成糖。到1878年，德国化学家屈内把这一系列从有机体中分泌出来有催化能力的物质称之为“酶”。当时，

7、人们认为酶有两种：一种是由无机物组成的；叫无机酶；另一种在生物体内才有催化作用的，叫有机酶。这实际上是活力论在生物化学上的翻版。1897年，德国化学家毕希纳做了一个著名实验；用砂轮把活的酵母细胞加水磨成粉末，过滤后滤液还能起发酵作用，从而推翻上述的说法，获得1907年诺贝尔奖。1925年，美国奈尔大学独臂青年化学家萨姆纳不顾体残病弱，提纯出了酶，并证明这是蛋白质。接着，美国化学家诺思谱双把一系列酶提纯出来，证明它们都是蛋白质。他俩因而共同获得了诺贝尔奖。从此，几十年来科学家公认酶的成分是蛋白质。1982年，美国化学家切赫和奥特曼破天荒地发现非蛋白质酶核酸，它也可以充当生物催化剂。切赫和奥特曼的

8、发现打破了生物催化剂中只有蛋白质一家的传统观念，给今后生命的人工合成提供了一个重要的信息。将来生物催化剂除蛋白质、核酸外，还可能有其他形形色色的催化剂。尤为重要的是，切赫和奥特曼的发现给生命的起源和演变提供一个新的线索。人们可以想象，在地球原始海洋中，当形成核酸后，它就可能催化自身变化。由于切赫和奥特曼的发现为生命起源的研究开辟了一条新航道，因而，他获得1983年的诺贝尔奖。到此，为奖励研究酶的组成，已三次颁发诺贝尔奖。由于酶有惊人的催化能力，它的发现无论在理论上和应用上都有重大的意义。据统计，至今已发现2000多种酶，其中被提纯并结晶的有100多种，作为商品生产的有120多种，应用到工厂中的

9、就有60多种。它们在食品、医药、制革等数十个行业上发挥着巨大的作用。说起催化剂，人们似乎有些生疏。其实，几千年来人们用来发面或酿酒的酵母就是一类叫做酶的生物催化剂。大家都知道，化肥的主要成分?氨是由氢原子和氮原子所组成。当把氢气和氮气混合在一起时，不管用多高的温度、多大的压力，即使经历很长很长的时间，它们也不会变出多少氨来。但是，一旦在一定条件下与一种以铁为主要成分的催化剂接触后，它们很快就会合成氨了。这类能使反应速度成千上万倍 石油炼制与化工生产过程中所用催化剂的种类繁多，它们大多为固态，也有的是液态或气态。它们的共同要求是具有较高的活性、较好的选择性和较持久的稳定性。作为催化剂首先必须要有

10、较高的活性，也就是说要能最大限度地提高所需要的反应的速度，希望能在几分钟内，甚至几秒钟内完成反应。对于同样的反应原料，它们之间可能发生若干种不同的反应，而人们往往只要求加速其中某几种反应，对其他所谓副反应则不希望加速，这就是要求催化剂具有较高的选择性，以取得尽可能多的目的产物。再者，催化剂耗费是产品成本中很重要的一项，有些以铂、钯等贵金属为原料的催化剂则更加昂贵，所以就要求催化剂的性能稳定，寿命尽可能的长一些，那样不仅可以降低成本，还可避免因频繁更换催化剂而浪费时间。催化剂的种类很多，主要包括金属催化剂、金属氧化物催化剂、金属硫化物催化剂、固体酸催化剂、金属有机化合物催化剂等等。在石油炼制与化工生产过程中所用的催化剂的成分往往并不是单一的，而是由载体、活性