化学中的催化

化学中的催化xxxx20XXxxx地球上生命的起源—无机物合成有机物

氨基酸矿物水H2ONH3CH4N2无机物有机物自然界催化现象普遍存在（1）人的生命过程—维持人体新陈代谢过程食物空气水酶催化剂（金属粒子/蛋白质）常温常压氧化还原分解异构能量代谢自然界催化现象普遍存在（2）植物的光合作用CO2+H2O

碳水化合物+O2hν

酶，常温常压自然界催化现象普遍存在（3）牛吃的是草，产的是奶自然界催化现象普遍存在（4）工业界催化无处不在年份198919962001产值（亿美元）3686107全球催化剂市场增长化学工业90%的过程与催化有关—催化是现代化学工业的基础一点不过分美国GDP中和催化有关占20%,1998年用催化剂13亿美元,而产品价值达万亿美元,对国民经济贡献巨大。军工生物化工制药化工环保天然气化工精细化工石油化工石油炼制无机化工煤化工催化应用人体健康

手性催化氧化可再生能源1918年哈伯合成NH3硫酸硝酸合成氨聚烯烃芳烃1973年金属有机催化TNT

肼分解

燃料电池

硝基胍源头

事后（尾气）H2、甲醇、二甲醚、FT合成催化裂化

重整

加氢裂化

加氢精制催化应用十大领域正是这十大领域的应用和相应的基础研究，加上化物所催化实在业绩，1987年成立了“国家催化重点实验室”。1994年科技部“国家催化工程研究中心”顺利落户化物所。催化应用十大领域催化科学发展(诺贝尔奖得主）年份获得者贡献1909Ostwald催化，化学平衡和反应速率1912Sabatier有机分子催化脱氢反应1918Haber工业合成NH3方法1932Langmuir表面化学和吸附1961Calvin光合作用中的化学过程1963Natta-Ziegler乙烯丙烯催化聚合反应1973Fischer，Wilkinson金属有机化合物1992Marcus分子间电子传递过程2001Knowles，Noyori，Sharpless手性催化氧化反应E0A+BABE1E2ΔG<0

催化剂是在反应中添加的一种物质，其本身不参与产物组成，但能够降低能垒以加快反应速度催化作用原理催化作用原理反应热力学:反应自发进行的热力学判断是Gibbs自由焓减少:即ΔG<0反应动力学:反应即使自发,由于有能垒存在,反应速度也可以极慢催化只能管动力学,但不能改变反应的热力学性质平行反应ABAC相继反应ABC

催化剂的选择性作用也就是通过调节不同反应的反应速度来最大限度生成目的产物催化作用的选择专一性ABC

例1：合成气Cu/ZnORhNiFe，CoCH3OH乙醇，乙二醇CH4+H2O烷烃，烯烃例2：甲醇(二甲醚)烯烃MTG芳烃MTO催化作用的选择专一性热催化多相催化反应物催化剂均相催化

液

液酶催化

液

胶体气、液固其他类型催化：光（电、磁、微波、超声波等）催化分类以金属催化剂（Pt、Pd、Rh;Fe、Co、Ni；Cu、Ag、Au）为例：反应分子主要在金属表面上而不是在体相发生反应棒箔粉负载金属/多孔载体S表面积/克小大A活性/克

小大a活性/cm2基本不变纳米级分散有量子尺寸效应，比活性发生突变多相催化剂的表面作用载体（多孔材料）多相催化剂的表面作用活性碳SiO2Al2O3ZSM-5MCM-41S（平方米/克）>1000800300300-5001000体心立方铁三个单晶面上的N2的分解速率Fe（111）>Fe(100)>Fe(110)32倍430倍六方铼单晶上合成氨速率Re（1120）>Re(0001)1000倍得益于表面科学技术的发展，才能从原子水平上进行观测结构敏感性ABDCA-B反应物扩散到表面反应物吸附在表面在表面反应产物脱附产物扩散到气相经过上述过程完成一个催化循环，于是有一个选择催化剂的原则：反应产物分子和催化剂表面作用不强不弱活性中心载体多相催化的五个步骤资源前景：C，HCHOH2O催化发展方向光（电）催化及非常规场下的催化、仿生（模拟酶）催化及酶催化、环境催化，如零污染排放和污染高效处理。