Video慕课视频播放-催化剂设计与制备-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

我们在讲催化剂设计的尺度之前

要给大家明确一点

就是我们讲催化剂作用的基本概念是非常非常重要的

既然催化剂的设计的过程中

我们强调催化作用的基本概念

所以你们可以看到在第一章绪论

讲的都是催化作用的最基本概念

比如说催化剂设计的尺度也是一个基本概念

这是我们学催化第一个要知道基本概念

而催化剂的活性与选择性就不用说了

大家在无机化学里面或者物理化学里面

都已经接触到了这些基本的概念

这里的话会给大家再强调一下催化剂的活性和选择性

有什么样的内涵

我们要得到催化剂活性选择性

最重要一个前提条件是什么

要得到一个本征反应动力学模型或者

要通过本征反应动力学

来阐述在什么样条件下

才能得到一个准确的活性或选择性

最后我们会给大家

简单讲一下工业催化剂设计的概况

所以下面进入到我们的第一章

第一小节的一个内容就是关于催化剂设计的部分

首先我们这里引用了一本关于现代

催化和催化反应动力学概念的书籍

这本书是在2003年编写的

在这本书上给出了一个催化的概念就是

催化可以根据尺度的相对性

可以把它分为宏观的介观的和微观的尺度

所谓的宏观介观和微观

我们最容易理解是从一个长度的概念来理解

因为这几年材料化学一直在炒作

一直在讲述一个概念纳米材料

所谓纳米材料

所谓的纳米化就是指它的尺寸非常小

一般讲的就是微观的角度

那么在催化领域实际上很早就已经开始了微观角度研究

因为催化剂活性位一般都是由一个

原子或几个原子组成的金属表面

或是多个活性原子组成的团簇

团簇都非常小有的甚至小于1纳米

所以催化领域很早就在微观的角度上已经考虑问题

但是工业生产过程中催化又涉及到非常大的反应器

所以可以看到在微观和宏观的角度看

两者差的非常大

比如从米到纳米差了大概多少

大概10的9次方的数量级

在微观和宏观之间

实际上还有一个非常重要的尺度范围就是

工业催化剂的形貌颗粒尺寸

这个在催化里面把它叫做介观领域

大家可以看一下它的尺寸数量级

大概在微米到厘米之间的范围内

为了给大家具体的概念阐述

我们来看一下一些实例

我们讲了宏观微观或介观的范畴

比如说在一个石油炼厂

看到一个固定床催化剂装填装置

我们这边看到的是一个长高有几米

直径有两三米的催化剂

催化剂的床层

这里面如果你们有机会去看催化剂装填情况

可以看到整个固定床里面装的很高的催化剂的床层

有几米高

这个从尺度角度来讲

可以把它认为是一个宏观的角度

然后如果看到将这装填的催化剂把它拿出来

我们肉眼可以看到的是

很多时候都是一种柱状固体

它大概长度是几厘米

直径是几毫米的催化剂

比如说类似于这种商业上的催化剂

在加氢处理催化剂里面经常看到

如果把它催化剂放大倍数观察会看到

就是在比较高倍数的电镜观察

看到它可能还存在一定的孔结构

有可能是多级孔

或者是微孔或者大孔的结构

这部分就是我们讲的介观的领域

如果我们想要利用更高倍的透射电镜

或原子力显微镜可以看到

在这种催化剂上面

比如说如果表面负载金属

可以看到具体的每个单个金属图中的每一个颗粒

甚至我们可以做一定计算模拟得出原子排布

或是采用原子力电子显微镜

还可以看到表面原子的振动过程

这个尺度范围

就是我们说了的纳米的尺度范围内

可以小到1纳米左右

这个尺度也就是表面的反应发生过程的尝试

就是那个微观的反应过程

所以我们可以看到整个的催化剂

可以包括宏观微观介观

那么这个宏观微观介观的角度是

作为一个相对的概念区分的

我们可以随意的限定一个标准

比如说我们如果把一个催化剂

单个原子看做微观

我们前面讲纳米尺度应该就属于介观

宏观就是这种厘米尺度了

比如说我们讲的合成后的催化剂

我们可以看出是属于宏观的过程

所以我们来看一下甲醇合成催化剂的尺度范围的概念

让大家对多尺度的概念有个更好更深入的了解

这是我们工业上经常用的甲醇合成的催化剂

就是前面讲的铜氧化锌氧化铝催化剂

大家可以看到它是一个圆柱状固体

它是由氧化铜氧化氢氧化铝组成的混合物

就是通过共沉淀法得到催化剂粉末

压片制成这种颗粒然后把它还原

铜氧化物金属铜被还原变成黑色

我们来看一下从长度尺度的范围来讲

如果把这个催化剂把它压碎

我们知道颗粒可能有

是指其长度或直径可能有一两厘米

压碎就成了粉末就是毫米级的

甚至是接近微米级的粉末

我们把这粉末用一个比较低倍数的扫描电镜

或电子显微镜去观察看到

它表面的粗糙情况

这种粗糙情况不是像从颗粒看到的光滑表面

把颗粒粉化后得到那种粉末

手感摸起来很滑的那种球形颗粒的感觉

实际它的表面是非常粗糙

如果用透射电镜进一步把它放大倍数观察会发现

它粉末是有很多的纳米颗粒组成的

每个颗粒大概是在

十几纳米左右

如果再进一步的放大电镜倍数我们发现甚至可以区分出

哪些是铜的金属晶格条纹哪些是氧化锌的晶格条纹

然后在更高倍速的透射电镜下观察

我们就可以看到

甚至可以看到铜的单个晶格

你们可以看我们这里讲的长度跨度

从厘米毫米微米到纳米

为什么我们说催化剂宏观微观介观是一个相对概念

我们可以这样理解

如果我们的研究仅仅是研究从这个颗粒到这个过程

我们可以把这个形态当作成宏观的范畴

然后把这个形态催化剂叫做介观的范畴

把这个形态催化剂叫做微观的范畴

反过来说我们不看上面这部分尺度了

我们就看下面这三个不同的尺度

同样我们可以把这种低倍度下观察的画面叫做宏观的尺度

而这种单个原子晶格的尺度看作微观尺度

中间的这种尺度叫做介观尺度

进一步推广我们可以把前面讲的厘米毫米当做宏观范畴

微米级别的这部分当做介观的范畴

这些纳米部分当做一个微观范畴

如果选取的标准不一样

所谓的宏观微观介观的尺度标准肯定是不一样的

标准不一样看问题的角度就不一样

我们给大家讲这个是要告诉大家催化剂的设计

催化剂的制备

首先要明白你进入课题研究或是你以后研究的

催化剂对象是属于哪个尺度角度的

比如说你一直专门只关注催化剂的成型

那你就只看这一部分就可以了

就是如何把粉末变成这种颗粒

这就是催化剂成型的工业研究

如果你是要做活性位的设计

那么这个时候我们肯定是要考虑到晶面

什么样的晶面是最好的

然后颗粒与颗粒之间要怎么样的匹配

才能有最好的一个效果

所以我们研究尺度范围不一样

采用的方法看问题思考问题的方向角度

应该都是不一样的

这个是要先给大家讲明

首先要给大家介绍的催化剂的尺度是非常重要的

科学研究中我们一定要具体问题具体分析

根据自己的研究领域选择一个适用范围

选择一个合适的尺度范围

催化剂设计与制备课程列表：

课程简介

-课程简介

--课程简介

第一章绪论

-绪论

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-1.1 催化剂设计的尺度

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-1.1 催化剂设计的尺度--作业

-1.2 催化剂的活性与选择性

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-1.2 催化剂的活性与选择性--作业

-1.3 多相催化反应本征动力学

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-1.3 多相催化反应本征动力学--作业

-1.4 工业催化剂设计概述

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第二章催化剂的设计

-2.0 引言

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-2.1 催化作用基本概念与催化剂设计

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-2.1 催化作用基本概念与催化剂设计--作业

-2.2 催化剂设计的程序

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-2.2 催化剂设计的程序--作业

-2.3 催化剂各组分的设计

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-2.3 催化剂各组分的设计--作业

-2.4 催化剂宏观物性的选择

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-2.4 催化剂宏观物性的选择--作业

-2.5 工业催化剂筛选与设计实例

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-2.5 工业催化剂筛选与设计实例--作业

第三章催化剂制备的理论基础

-3.1 软化学 (Soft Chemistry)

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-3.2 组合化学(Combinational Chemistry)

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-3.3 化学热力学与无机合成

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-3.3 化学热力学与无机合成--作业

第四章氧化物载体和催化剂的制备

-4.1 催化材料和催化剂制备方法简介

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-4.2 氧化物催化材料制备基础

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-4.2 氧化物催化材料制备基础--作业

-4.3 氧化物载体和催化剂的制备方法

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-4.3 氧化物载体和催化剂的制备方法--作业

第五章负载型催化剂的制备

-5.1 负载型催化剂简介

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-5.2 负载型催化剂制备基础

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-5.3 负载型催化剂的制备方法

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-5.3 负载型催化剂的制备方法--作业

第六章催化剂的活化

-6.1 简介

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-6.2 过滤与洗涤

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-6.3 干燥

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-6.4 焙烧

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-6.5 还原

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-6.5 还原--作业

第七章特殊催化剂及其制备方法

-7.1 骨架催化剂

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-7.2 化学置换法制备金属催化剂

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-7.3 液相化学还原法制备金属催化剂

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-7.4 等离子辅助制备催化剂

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-7.5 混合法

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-7.6 膜催化材料

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第八章催化剂的成型

-8.1 绪论

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-8.2 工业催化剂成型

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Video课程教案、知识点、字幕

催化剂设计与制备课程列表：

课程简介

第一章绪论

第二章催化剂的设计

第三章催化剂制备的理论基础

第四章氧化物载体和催化剂的制备

第五章负载型催化剂的制备

第六章催化剂的活化

第七章特殊催化剂及其制备方法

第八章催化剂的成型

Video笔记与讨论

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第一章绪论

第二章 催化剂的设计

第三章 催化剂制备的理论基础

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第六章 催化剂的活化

第七章 特殊催化剂及其制备方法

第八章 催化剂的成型

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