催化科学与工程应用基础

普通高等教育“十四五”规划教材

催化剂是影响化学反应的重要媒介，催化剂的研究已成为国内外化学工程与技术领域的研究热点。本书以催化剂及催化反应的研发为主线，根据本学科领域国内外最新进展并结合作者近十年来的科研成果，全面系统地介绍了催化剂的基本概念、制备方法、表征方法、催化性能和工业应用。催化剂的设计与开发，需要固体物理、表面化学、结构化学、量子化学等学科的理论知识作为研究基础。因此，本书注重将上述学科知识和催化剂的设计与开发过程相结合。

本书共分为10章，内容包括固体催化剂的结构基础、吸附与催化、催化剂与催化作用、催化剂的制备与应用、催化剂表征技术、光催化、电催化、稀土催化、密度泛函理论在催化中的应用。

1 绪论

1.1 催化理论的形成与发展

1.2 催化作用的定义与特征

1.3 催化剂性能评价参数

1.4 催化反应的类型

1.5 催化剂分类和作用模式

习题

2 固体催化剂的结构基础

2.1 晶型固体中键合结构类型

2.2 晶体结构

2.3 分子表面化学

2.4 固体能带结构简介

习题

3 吸附与催化

3.1 物理和化学吸附

3.2 吸附热力学和吸附曲线

3.3 吸附等温式和吸附等温曲线

3.4 吸附动力学模型

3.5 金属对气体的化学吸附能力

3.6 多相催化的反应步骤

习题

4 催化剂与催化作用

4.1 酸、碱催化剂及其催化作用

4.2 杂多酸及其催化作用

4.3 离子交换树脂催化剂及其催化作用

4.4 分子筛催化剂及其催化作用

4.5 MOF催化剂及其催化作用

4.6 金属催化剂及其应用

4.7 金属氧化物及硫化物催化剂及其应用

习题

5 催化剂的制备与应用

5.1 催化剂的常规制备方法

5.2 新发展的催化剂制备方法

5.3 工业催化剂的成型

习题

6 催化剂表征技术

6.1 催化剂的表面组成分析

6.2 催化剂的体相组成分析

6.3 催化剂的物相结构分析

6.4 催化剂对不同物种的吸附、脱附能力及吸附中心密度

6.5 催化剂微观形貌、分散度以及分布的方法

习题

7 光催化

7.1 光催化原理

7.2 光催化还原及氧化水

7.3 光催化CO₂还原

7.4 光催化污染治理

7.5 光催化有机合成

习题

8 电催化

8.1 电催化原理

8.2 电解水析氢反应(HER)

8.3 氧气的电催化还原(ORR)

8.4 有机小分子电催化氧化

8.5 CO₂电催化还原

习题

9 稀土催化

9.1 稀土的性质及应用

9.2 稀土催化

习题

10 密度泛函理论在催化中的应用

10.1 密度泛函理论

10.2 密度泛函理论的基本原理

10.3 量子化学概述

10.4 DFT局限性

10.5 DFT计算案例——La掺杂TiO₂性质计算

参考文献