课程简介在线视频

大家好 我们从今天开始要给大家介绍

催化剂设计与制备这门课程

我们这门课程主要围绕的是催化剂的设计与制备展开的

其中会有一部分内容关于催化剂的设计

那么 我们后面会先介绍设计合适的催化剂的活性位

载体的选择 还有助剂 在此基础上

我们会给大家着重介绍几种典型工业催化剂的制备方法

那么 为什么我们要专门开设这门课程

因为 要知道我们催化剂

实际上是在整个化工生产过程中用途是非常广的

到目前为止我们催化领域或者化工领域的科学家们都认为

全世界上大概有80%或85%以上化工反应都是需要催化反应

那么 具体到我们每个人的日常生活

实际上 我们的衣食住行

所需要的一些物质材料

都是需要化工生产来提供的

比如说 我们穿衣服 现在来说的一些

先进的材料 比如说冲锋衣或是防晒服或是运动鞋

还有吃饭的时候用到的各种各样的关于食品安全的添加剂

还有我们的经常看到的一些人工合成的食物

特别是那个反式脂肪酸

有很多都是通过化工的生产方法实现的

那么 甚至具体到

现在来说 住的方面 比如说用到的建筑材料 涂料

甚至是我们现在比较流行的智能家居

还有我们日常出行用的汽车的制造材料

还有汽车的燃料

甚至现在我们整个国家非常关心的环境保护问题

有很多都是因为在化工生产过程中

或是人们消费过程中或使用过程中产生的

特别是汽车尾气

行驶过程中排放的尾气的影响

那么这些过程 实际上就是非常重要的

环境催化的作用

所以 总的来说 我们整个人类社会经济的发展

都离不开催化过程

那么催化过程肯定就要用到催化剂

我们可以发现

这是欧洲催化学会在16年总结了的

基于我们人类社会未来发展预测 我们发现

在我们整个人类社会发展过程中

所有的物质材料的来源主要支撑于什么 能源化工

比如上个世纪主要来源于石油化工

然而 我们国家主要来源于煤化工

那么在未来的一段时间内

随着化石能源 比如说石油

煤 天然气逐渐的减少

我们会引入一个新的能源

比如说含低碳的能源材料

比如说二氧化碳和生物质材料

所以 我们相信未来

也是主要是基于煤 石油 天然气

还有生物质技术来提供我们

人类社会和国民经济发展所需要的

各种各样的物质资料的来源

所以 这些过程就是有一个非常重要领域

就是能源化工中的催化剂的应用

所以 本质上讲我们这门课程所涉及到的一些

催化剂应用或制备或设计原理

也都是围绕能源化工领域展开的

我们可以大概稍微让大家先看一下

这门课程涉及到催化剂主要讲的也是涉及到

石油化工 煤化工和生物质化工领域

比如说我们给大家稍微看一下 石油化工领域

从原油通过减压蒸馏切割成不同的组分

这些不同组分最终要得到那些油品 也就是车用燃料

还有一些化学品 BTX

我们用的PX 就是对二甲苯做材料

还有烯烃做高分子

比如日常用的塑料

还有穿衣服上也会用到这些高分子材料

其中 我们还要可以发现

除了此之外 我们还需要一些动力燃料

比如说清洁汽油 柴油

所有的这些生产过程

都离不开催化剂 比如我们这张片子里面

给大家列举的就是在整个的石油炼制过程中

主要涉及到两类的催化剂

一类可以说是

绝缘体的催化剂 比如说 我们经常讲的酸碱催化

还有一类是

电子转移反应类的 氧化还原反应机理的催化剂

就是导体和半导体

比如说 金属氧化催化剂

硫化物催化剂和金属催化剂

都可以用于石化工的加氢反应

除了石油化工会涉及到催化剂

C1化工

或者是基于煤 天然气和生物质

现代化工开发的一个基于合成气为纽带的

把制氢 一氧化碳的加氢耦合起来

结合甲醇的工艺

就可以来满足我们

日常生活中所需要的清洁的汽油 柴油

以及各种各样化工品 生产汽油

那么 我们就应该要清楚

我们这门课程 实际上讲的催化剂的设计与制备

主要是面向了能源化工

环境化工 还有物理化学或应用化学方面的

研究生或是研究领域

值得指出的是 我们这门课程

可能跟我们现在比较流行的一些教科书或者是一些课程

讲授催化剂制备的逻辑顺序不一样

可能现在有很多那些教科书

在讲授催化剂设计制备过程

主要是介绍了一些 通过

大量的基础研究和应用研究总结出来经验和规律

特别 还有讲到一些相应的设备

还有操作过程的影响

或者有些课程或者有些书籍 是总结了

最近十年或者五年最新的文献进展或技术进展

那么 我们之所以要给大家讲这门课

是希望通过从另外一种角度讲授

因为大多数同学上完本科生的课程已经完成了四大基础化学

还有化工原理和化学反应工程等等

相关的一些基本的 基础知识的学习

那么 为了跟大家就本科学习阶段的内容有所贯通

我们主要是围绕了

我们希望通过物理化学或催化原理里面讲到的

催化作用的基本概念 原理

还有物理化学和无机化学的基本原理

来阐述催化剂设计的基本原则

那么 还有一些催化剂制备的方法和技术

我们侧重是从基础知识

从本科阶段学的那些化学的基本知识来剖析 解释

一些典型工业催化剂的制备过程

解释我们为什么要采用这样的制备方法

或为什么采用这个催化剂活性组分 载体 助剂

我们希望大家通过这种基础知识来看一下

催化剂设计制备过程中 所涉及到的化学本质

所以 从本质上讲

大家可以把这门课程认做是

从化学的角度上来理解

或是看待催化剂的设计 制备的过程

所以 我们这门课程

我们可以讲很多的典型的例子

比如说 从催化剂设计的方面

我们尝试从催化剂的基础理论的让大家去理解

为什么很多的催化剂

如石油化工里面加氢处理催化剂

为什么要选择镍钼催化剂或钴钼催化剂

而不选择贵金属催化剂

还有 我们还会让大家尝试去讨论一下

热点的催化材料

比如说纳米金的催化剂

虽说 纳米金催化剂基础研究做得非常好

但是 我们尝试从基础的金属催化剂本身的理化性质

去思考或是解释

为什么它纳米金面临的工业化挑战？

还有 有些催化剂应用的可行性 为什么

很多的能源催化里面 特别电催化里面

用铂电极还有氧化物催化剂

如果是要用金属为催化剂

为什么只能用铂和银作为工业化催化剂

这些实际上就跟我们以前 甚至是高中阶段学的

金属本身的基本物化性质都相关的

很多时候 我们希望

大家明白一点 就是说

最朴实的 最普遍的机理或原则

就能够解释很多的工业应用的现象

或者日常中的一个生活现象

同时也是如此

对于催化剂设计 我们主要通过这样基础研究的角度来

基础理论的角度来阐述

对于催化剂的制备 我们也期望通过这种最基本的理论

大家学完无机化学 物理化学

就可以去思考或分析催化剂的制备过程

比如说 我们会引入到

无机化学里面学到的溶剂 水溶剂

或是学完有些溶剂的特点时的容剂化效应

来讨论一些经典的催化剂的制备

比如甲醇合成催化剂

沸石分子筛合成 催化剂合成的一些规律

同时的话 会给大家从界面化学

就是物理化学角度

给大家解释工业负载型催化剂

比如说均匀型 蛋壳型

催化剂的一些制备的方法

所以大家可以看到 这门课程主要是侧重基础

或是基本概念 基本原理的应用

可能涉及的就是 不是讲最新的一些

催化剂制备的进展

比如说 不讲现在发展得比较成熟的

原子层沉积的方法 我们就没有进行介绍

实际上我们期望大家是更多去关心

或者是关注工业催化剂一些发展

或是工业催化剂的选择

为什么工业催化剂开发很难突破？

或是如果要突破

我们应该采用什么样角度来看待这样的过程

借着我们这些案例分析 我们希望

同学们在学这门课程之前

首先应该去稍微预习一下

里面讲的这些催化剂或催化剂制备方法

一些基本的知识

比如说 我们会反反复复讲到沸石分子筛的合成

大家有必要在上课之前

去从网上或是文献上或教科书上

稍微去了解下沸时分子筛

它是怎么合成的 比如说水热合成法

是什么样的操作过程

分子筛合成跟哪些因素有关系

就是说 起码要知道它合成由什么样的原料组成

要经过什么样的工艺

然后需要什么样的表征方法想要得到沸石分子筛

这些提前预习有助于大家理解或掌握课程中讲的相关的内容

上面是关于我们这门课程的简介

我们最后要对一些前人学者提出感谢

因为我们这门课程是作为基础课程

在课程中用到了很多的资料

除了有些是在后面课件列到参考书里面

得到图和表的数据以外

那么还有一部分是我们借鉴一些学者课件和报告

我们这里面列出来是最主要的也是最关键的

数据的主要来源

大家可以看到 这里面1到10个报告

都是关于催化剂的制备

催化剂的制备方法 还有负载型催化剂的制备

而那个催化剂介孔 多孔 氧化物催化剂合成的方法

除了这十篇 还有三篇

也是类似的 关于催化剂的制备过程

这一到十篇 时间跨度从2002年到2017年

主要都是来源于德国的马普所

开设了一门关于现代多相催化研究方法

我们也看到 大家如果感兴趣

可以去看一下这个课程上的课件

网上都可以看到

学这门课程的话有一个非常好的好处 基本上

从02年开始到现在 内容一直是连续的

如果看到一系列的课件 就可以

稍微看一下 感受一下催化剂

制备方法的进展

那么 除此之外

我们还引用了一部分国内国外学者的课件

特别是国内的学者 我们还引用了

天津大学 东南大学还有华南理工大学的课件

我们最后要对讲授这门课

就是我之前的老师 沈志虹老师表示感谢

很多课件的基础结构支撑

都是从沈老师的课件发展而来的