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当前课程知识点：催化剂设计与制备 > 第三章催化剂制备的理论基础 > 3.2 组合化学(Combinational Chemistry) > Video

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接下来给大家再介绍一下

另外一个概念就是组合化学

这里简单给大家介绍一下组合化学的概念

因为在工业催化剂

特别是不仅仅是国外的大型的

化学化工或能源化工领域

现在国内很多的

国企大国企能源化工企业中石油中石化

已经都采用

高通量的催化剂制备装置或评价装置来筛选催化剂

而所谓的高通量的催化剂的制备和评价

实际上利用的就是组合化学

所以在讲催化剂制备之前

先给大家简单介绍一下组合化学的概念

组合化学最早开始是

医药或生物的科学家提出来的

就是由化学家和生物科学家和药学家

共同发展起来的技术

我们知道新药开发特别是有机合成

他要求活性的中间产物

合成路线每个步骤收率都非常复杂

所以为了解决这问题

他们就把组合论的思想和理论

引入到化学的合成过程中

早期是从有机化学开始到现在催化剂里面

很多的无机合成化学

都已经实现了这样方法

组合化学和传统化学的区别就是

传统化学是现在大多数同学进实验室

大多数课题组做的都是这种传统化学的

只能是一个反应物之间反应

就是一个反应物一个反应条件下得到一种产物

但是组合化学是靠的改变这个通过设计的方法

改变它不同的变量

比如有两个反应物

R S 那么R作一定的参数变量

S做一定的参数变量同时平行反应来看它结果

这样就产生 n*m种的产物结果

所以同一时间内

同一合成时间

如果想用高通量合成装置

采用传统合成

同时间段只能合成筛选一个条件

但是如果使用高通量是n*m个条件

这样合成效率就大大提高了

所以来看一下引用的是徐如人教授

在多孔无机材料合成教科书里面

讲了组合化学里面的

组合化学的概念就是

从催化剂设计角度来出发

根据很多的催化剂设计的思想理论

提出一个反应

在动力学热力学分析以后

通过参考文献知道大概的反应机理

这时候可能会提出要求

采用什么样的催化材料组分来验证

那么这个时候从开始提出催化剂材料的选择

为了确认这个（选择）可能会做大量筛选

一般筛选会选择确定好某种金属

会在元素周期表上

选择这种可能构成的催化剂组成的元素

进行依次的考察

如果按照传统的方法

催化剂可能要把它元素周期表考察一遍

可能需要很长的时间

但是反过来说如果用组合化学的方法

可能就可以构建材料库

就利用高通量装置或是自动合成仪

构建多种的的化学组成和不同元素

在这里介绍就是由不同的微量

反应容器组成的样品处理格

可以通过引入很多种

各种各样的元素就是引用很多种

采用特殊的制备技术突破

来使得样品里面可以

反应器里面

或合成反应器里面的构建很多的合成单元

每个合成单元可以做什么

比如横坐标和纵坐标的参数变量

如果是两种元素组成

纵坐标上改变A的含量

横坐标上改变B的含量

把整个格填满就是

这是n这是m 就是n×m种的

这样就可以通过减少催化剂合成的用量

同时合成的规模来节省合成的时间和费用

同时这个过程还可以做什么

如果能满足实验条件改变反应条件

反应压就合成的压力温度

也可以同时考察了

多变量因素下温度或者是压力

时间各个影响因素

这样比单变量因素实验更加提高合成的效率

所以现在很多的催化剂公司

大大缩短了工业催化剂的开发时间

从限定组成到成型催化剂的开发

时间就缩短的非常多

下面以具体的例子

给大家介绍一下高通量实验的筛选过程

这里也是参考了北京大学化学与分子工程学院

关于无机功能材料的组合化学制备筛选优化的课件

直接引用的研究的结果给大家介绍一下

他在这篇课件里面介绍了是一种荧光的材料

它是由稀土金属钇还有硅还有铈组成的发光材料

它要考察的是在里面引入镧和镥以后

它掺杂对化工材料的影响

那么这里面要变的是镧和镥要替代稀土元素里面

同样稀土元素要替代钇里面的元素组成

它考察的主要是镧的含量和镥的含量的影响

那么他就做了一个实验就是设计了

镧大概占的含量有多少

镥的含量要占有多少

这里面x从0到0.06

而镥从0到0.36这样一系列的数据

在实验过程中怎么实现

实际上很容易做的是

只要配置不同的浓度的金属盐

根据这个比例

添加不同的量就合成不同的组合的样品

所以可以看到它制备过程

是比较简单就是首先配制溶液

制备样品板

就是反应容器

把溶液滴到每个的反应容器里

就跟据x y的组合

这面画x轴这面画y轴

就改变不同的变量

大家可以看一下大概就有七七四十九个变量

合成完以后在同样的处理条件下

焙烧温度和焙烧时间得到了不同的产品

同时在荧光仪里面进行分析

同时还采用了X射线

同步分析了不同组合里面的催化剂的结构

这样就可以得到组成条件影响对它结构的影响

通过这样可以看到组成变了

可能对它的结构变化有什么样的趋势

这样可以大大缩短

组成对结构的影响规律研究周期

同时可以根据它的荧光分析法就可以得到

不同的组分对荧光的提高程度

对镧和镥的含量进行变量

它就可以得到

随着镧和镥含量的变化

它的荧光的响应程度

红外区域

红色区域响应度越高

说明这个范围内是最佳的组能x大概是0.035

y是0.21的组成范围内

大家看可以看到这是非常典型的

利用组合化学的方法来提高催化材料开发的例子

这可以说利用组合化学技术可以大大缩短

工业催化剂的开发的历时

甚至还可以

它还做了立体的分布的图

就是把镥和镧做横坐标

荧光的响应程度作为纵坐标

就可以直观的得到个最佳的范围内的值

所以应该来说

现代化学或是随着现代合成技术进步

高通量的反应装置无论是合成还是评价

在催化应用里面用的越来越广

所以工业催化剂

从事工业设计开发的同学

我会建议大家去尽量去学一部分组合化学

特别是在在进入到科研中

如果采用高通量制备装置是非常有效的手段

接下来会给大家介绍一下第三章的最后一节内容

就是关于化学热力学与无机合成的内容

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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