化学动力学与催化课程总结

第一篇：化学动力学与催化课程总结

化学动力学与催化课程总结

化学动力学与催化中的化学反应动力学部分是物理化学研究的领域之一。在《物理化学》这门课程的多个版本的教材中，都有对化学反应动力学或详或略的介绍。化学反应动力学研究化学反应进行的条件对化学反应过程速率的影响、化学反应的历程和物质的结构与化学反应能力之间的关系这三个方面的内容。

化学反应动力学基础包括经典反应动力学的基本定理，简单级次反应，典型的复杂反应和反应动力学的实验方法等方面的内容。

对于任意一个化学反应，我们描述其反应机理可用总包反应中的基元反应来表达。在基元反应动力学这部分中，我们分别学习了分子碰撞理论和过渡态理论这两种不同的描述形式。通过学习，我们由这两种形式得出共同共同的指数形式的结论。这说明，不论我们用哪种理论来描述基元反应过程，其最终的结果都是接近反应的真实形式，其间引入的条件不同，得到结论的接近程度也不相同。

由基元反应我们进一步学习了链反应这种在某种程度上可看似自发的连锁反应。不同的条件下链反应的变现形式也不尽相同，在最基本的支链反应和支链反应为单元的骨架下，链反应可呈现多种多样的形式。链反应给我的最初印象犹如核聚变或蝴蝶效应。但是在一个看似简单的化学反应中，通过不同的自由基的确定，分化出若干个详细的具体的化学反应，这个过程和结果还是十分有趣的。

由于参与化学反应的反应物和生成物的存在形式可能不同，在化学反应动力学中，又分为均相反应和非均相反应-即复相反应。均相反应分为气相反应和液相反应。相对来说，气相反应比较简单，用碰撞理论和过渡态理论比较好解释。液相反应比较复杂，对扩散的分析和动力学的分析用到了大量数学模型和假说。另外，液相离子反应相对液相分子反应考虑的物理因素更多，分析也更为繁琐。

复相反应是化学工程工艺中接触较多的反应类型，也即实际生活中用到较多的反应类型。人们把其中的固-气界面反应和固-液界面反应称为表面反应。为了研究表面反应，人们建立了以物理假说为基础的数学模型，并通过数学模型建立了多个等温式和研究机理。实验表明，这些机理在某些条件下可很好的解释并计算表面反应，为人们分析、计算并预测表面反应提供了便利条件。

在催化部分，我们学习了不同的催化形式。其中酸碱催化和酶的催化对于我们以后的学习、工作尤为重要。酶是生命进化史上的一大奇迹，它的出现，使很多在常温常压下不可能的化学反应成为可能。似乎在暗示我们，今后可以用仿生学原理，在化工材料的生产应用方面大有作为。

第二篇：催化化学论文

催化化学期末论文（设计）

题目：催化剂的研究发展及应用简介

学 院： 化学与化工学院

专 业： 材 料 化 学 班 级： 材 化 101 班 学 号： 1008110024 学生姓名： 朱 清 元 教 师： 袁 强

2013年6月14日

目 录

摘 要..........................................................................................................................3 Abstract..........................................................................................................................3 第一章 前 言............................................................................................................4 第二章 催化剂技术发展历史简介............................................................................4 2.1萌芽时期........................................................................................................5 2.2奠基时期........................................................................................................5 2.2.1金属催化剂的出现...............................................................................5 2.2.2氧化物催化剂的出现...........................................................................6 2.2.3液态催化剂的出现...............................................................................6 2.3更新换代时期................................................................................................6 2.3.1高效络合催化剂的出现.....................................................................6 2.3.2 固体催化剂的工业应用....................................................................7 2.3.3分子筛催化剂的工业应用.................................................................7 2.3.4环境保护催化剂的工业应用.............................................................7 2.3.5生物催化剂的工业应用.....................................................................8 第三章 新型催化剂的开发与应用..............................................................................8 3.1新型炼油与化工催化剂的研究......................................................................8 3.2新型汽车尾气净化催化剂研究......................................................................9 3.3新型光催化剂的研究......................................................................................9 3.4新型生物催化剂研究....................................................................................10 第四章 对我国催化剂研究的一些建议....................................................................11 4.1加快环保催化剂开发速度............................................................................11 4.2高分子聚合催化剂........................................................................................11 4.3有机合成、精细化工催化剂........................................................................11 4.4新催化材料的研制及应用............................................................................11 参考文献......................................................................................................................13

催化剂的研究发展及应用简介

摘 要

本文较简单的的介绍了催化剂的发展历史及介绍了国内外各种催化剂新技术、新材料、新产品发展动态和发展趋势，针对我国催化剂技术发展现状，对催化剂行业的发展提出了自己的见解。关键词：催化剂 技术 材料 新产品

Abstract

This relatively simple introduction to the history and development of catalyst introduced various domestic and catalyst of new technologies, new materials, new product developments and trends for our catalyst technology development status, the catalyst industry put forward their own ideas.Keys : Catalyst

technology

materials

new products

第一章 前 言

催化剂又称触媒，在初中阶段的定义是能改变化学反应速率，而本身的质量、组成和化学性质在参加化学反应前后保持不变的物质。例如二氧化锰可以作为过氧化氢（双氧水）分解的催化剂。催化剂分为和正催化剂逆催化剂，正催化剂有助于反应向正方向移动，逆催化剂有助于反应向逆方向移动。

催化剂的主要作用是降低化学反应的活化能，加速反应速率，因此被广泛应用于炼油、化工、制药、环保等行业。催化剂的技术进展是推动这些行业发展的最有效的动力之一。一种新型催化材料或新型催化剂工业的问世，往往引发革命性的工业变革，并伴随产生巨大的社会和经济效益。1913年，铁基催化剂的问世实现了氨的合成，从此化肥工业在世界范围迅速发展；20世纪50年代初，分子筛凭借其特殊的结构和性能引发了催化领域的一场变革；20世纪70年代，汽车尾气净化催化剂在美国实现工业化，并在世界范围内引起了普遍重视；20世纪80年代，金属茂催化剂使得聚烯烃工业出现新的发展机遇。目前，人类正面临着诸多重大挑战，如：资源的日益减少，需要人们合理开发、综合利用资源，建立和发展资源节约型农业、工业、交通运输以及生活体系；经济发展使环境污染蔓延、自然生态恶化，要求建立和发展物质全循环利用的生态产业，实现生产到应用的清洁化。这些重大问题的解决无不与催化剂和催化技术息息相关。因此，许多国家尤其是发达国家，非常重视新催化剂的研制和催化技术的发展，均将催化剂技术作为新世纪优先发展的重点。

第二章 催化剂技术发展历史简介

从19世纪末至20世纪初，化学工业中利用催化技术的生产过程日益增多，为适应对工业催化剂的要求，逐步形成了产品品种多、制造技术进步、生产规模和产值与日俱增的催化剂工业。

2.1萌芽时期

催化剂工业发展史与工业催化过程的开发及演变有密切关系。1740年英国医生J.沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝石制硫酸的工厂接着，1746年英国J.罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术从事工业规模生产的开端。1831年P.菲利普斯获得二氧化硫在铂上氧化成三氧化硫的英国专利。19世纪60年代，开发了用氯化铜为催化剂使氯化氢进行氧化以制取氯气的迪肯过程。1875年德国人E.雅各布在克罗伊茨纳赫建立了第一座生产发烟硫酸的接触法装臵，并制造所需的铂催化剂，这是固体工业催化剂的先驱。铂是第一个工业催化剂，现在铂仍然是许多重要工业催化剂中的催化活性组分。19世纪，催化剂工业的产品品种少，都采用手工作坊的生产方式。由于催化剂在化工生产中的重要作用，自工业催化剂问世以来，其制造方法就被视为秘密。2.2奠基时期

在这一时期内，制成了一系列重要的金属催化剂，催化活性成分由金属扩大到氧化物，液体酸催化剂的使用规模扩大。制造者开始利用较为复杂的配方来开发和改善催化剂，并运用高度分散可提高催化活性的原理，设计出有关的制造技术，例如沉淀法、浸渍法、热熔融法、浸取法等，成为现代催化剂工业中的基础技术。催化剂载体的作用及其选择也受到重视，选用的载体包括硅藻土、浮石、硅胶、氧化铝等。为了适应于大型固定床反应器的要求，在生产工艺中出现了成型技术，已有条状和锭状催化剂投入使用。这一时期已有较大的生产规模，但品种较为单一，除自产自用外，某些广泛使用的催化剂已作为商品进入市场。同时，工业实践的发展推动了催化理论的进展。1925年H.S.泰勒提出活性中心理论，这对以后制造技术的发展起了重要作用。2.2.1金属催化剂的出现

20世纪初，在英国和德国建立了以镍为催化剂的油脂加氢制取硬化油的工厂，1913年，德国巴登苯胺纯碱公司用磁铁矿为原料，经热熔法并加入助剂以生产铁系氨合成催化剂。1923年F.费歇尔以钴为催化剂，从一氧化碳加氢制烃取得成功。1925年，美国M.雷尼获得制造骨架镍催化剂的专利并投入生产，这

是一种从Ni-Si合金用碱浸去硅而得的骨架镍。1926年，法本公司用铁、锡、钼等金属为催化剂，从煤和焦油经高压加氢液化生产液体燃料，这种方法称柏吉斯法。该阶段奠定了制造金属催化剂的基础技术，包括过渡金属氧化物、盐类的还原技术和合金的部分萃取技术等，催化剂的材质也从铂扩大到铁、钴、镍等较便宜的金属。

2.2.2氧化物催化剂的出现

鉴于19世纪开发的二氧化硫氧化用的铂催化剂易被原料气中的砷所毒化，出现了两种催化剂配合使用的工艺。德国曼海姆装臵中第一段采用活性较低的氧化铁为催化剂，剩余的二氧化硫再用铂催化剂进行第二段转化。这一阶段，开发了抗毒能力高的负载型钒氧化物催化剂，并于1913年在德国巴登苯胺纯碱公司用于新型接触法硫酸厂，其寿命可达几年至十年之久。20年代以后，钒氧化物催化剂迅速取代原有的铂催化剂，并成为大宗的商品催化剂。制硫酸催化剂的这一变革，为氧化物催化剂开辟了广阔前景。2.2.3液态催化剂的出现

1919年美国新泽西标准油公司开发以硫酸为催化剂从丙烯水合制异丙醇的工业过程，1920年建厂，至1930年，美国联合碳化物公司又建成乙烯水合制乙醇的工厂。这类液态催化剂均为简单的化学品。2.3更新换代时期

在这一阶段，高效率的络合催化剂相继问世；为了节能而发展了低压作业的催化剂；固体催化剂的造型渐趋多样化；出现了新型分子筛催化剂；开始大规模生产环境保护催化剂；生物催化剂受到重视。各大型催化剂生产企业纷纷加强研究和开发部门的力量，以适应催化剂更新换代周期日益缩短的趋势，力争领先，并加强对用户的指导性服务，出现了经营催化剂的跨国公司。重要特点是 2.3.1高效络合催化剂的出现

60年代，曾用钴络合物为催化剂进行甲醇羰基化制醋酸的过程，但操作压力很高，而且选择性不好。1970年左右出现了孟山都公司开发的低压法甲醇羰基化过程，使用选择性很高的铑络合物催化剂。后来又开发了膦配位基改性的铑络合物催化剂，用于从丙烯氢甲酰化制丁醛。这种催化剂与原有的钴络合物催化

剂比较，具有很高的正构醛选择性，而且操作压力低，1975年以后美国联合碳化物公司大规模使用。利用铑络合物催化剂。从α-氨基丙烯酸加氢制手性氨基酸的过程，在70年代出现。这些催化剂均用于均相催化系统。继铂和钯之后，大约经历了一个世纪，铑成为用于催化剂工业的又一贵金属元素，在碳一化学发展中，铑催化剂将有重要意义。一氧化碳与氢直接合成乙二醇所用的铑络合物催化剂正在开发。络合催化剂的另一重大进展是70年代开发的高效烯烃聚合催化剂，这是由四氯化钛－烷基铝体系负载在氯化镁载体上形成的负载型络合催化剂，其效率极高，一克钛可生产数十至近百万克聚合物，因此不必从产物中分离催化剂，可节约生产过程中的能耗。2.3.2 固体催化剂的工业应用

1966年英国卜内门化学工业公司开发低压合成甲醇催化剂，用铜-锌-铝-氧催化剂代替了以往高压法中用的锌-铬-铝-氧催化剂，使过程压力从 24～30MPa降至5～10MPa，可适应当代烃类蒸汽转化制氢流程的压力范围，达到节能的目的。这种催化剂在70年代投入使用。为了达到提高生产负荷、节约能量的目标，70年代以来固体催化剂造型日益多样化，出现了诸如加氢精制中用的三叶形、四叶形催化剂，汽车尾气净化用的蜂窝状催化剂，以及合成氨用的球状、轮辐状催化剂。对于催化活性组分在催化剂中的分布也有一些新的设计，例如裂解汽油一段加氢精制用的钯／氧化铝催化剂，使活性组分集中分布在近外表层 2.3.3分子筛催化剂的工业应用

继石油炼制催化剂之后，分子筛催化剂也成为 , 石油化工催化剂的重要品种。70年代初期，出现了用于二甲苯异构化的分子筛催化剂，代替以往的铂/氧化铝；开发了甲苯歧化用的丝光沸石(M-分子筛)催化剂。1974年莫比尔石油公司开发了ZSM-5型分子筛，用于择形重整，可使正烷烃裂化而不影响芳烃。70 年代末期开发了用于苯烷基化制乙苯的ZSM-5分子筛催化剂，取代以往的三氯化铝。80年代初，开发了从甲醇合成汽油的ZSM-5分子筛催化剂。在开发资源、发展碳一化学中，分子筛催化剂将有重要作用 2.3.4环境保护催化剂的工业应用

1975年美国杜邦公司生产汽车排气净化催化剂，采用的是铂催化剂，铂用量巨大，1979年占美国用铂总量的57％，达23.33t（750000金衡盎司）。目前，环保催化剂与化工催化剂（包括合成材料、有机合成和合成氨等生产过程中用的催化剂）和石油炼制催化剂并列为催化剂工业中的三大领域。2.3.5生物催化剂的工业应用

在化学工业中使用生化方法的过程增多。60年代中期，酶固定化的技术进展迅速。1969年，用于拆分乙酰基-DL-氨基酸的固定化酶投入使用。70年代以后，制成了多种大规模应用的固定化酶。1973年制成生产高果糖糖浆的葡萄糖异构酶，不久即大规模使用。1985年，丙烯腈水解酶投入工业使用。生物催化剂的发展将引起化学工业生产的巨大变化。此外，还发展用于能源工业的催化剂，例如燃料电池中用铂载在碳或镍上作催化剂，以促进氢与氧的化合.第三章 新型催化剂的开发与应用

3.1新型炼油与化工催化剂的研究

新型、高效催化剂的研制，是石油和化学工业实现跨越式发展的基础。近年来，国际上有关催化剂的研究中，近50%的工作围绕开发新型催化剂展开，且对其重视程度日益增加。另一显著特点，是新型催化剂的开发与环境的友好密切联系，即要求催化剂及催化技术生产生活必须品的同时，从源头消除污染。从国际权威检索系统收录的研究论文数量来看，有关新型催化剂的报道自1990年至1999年至少增加了15倍，其中固体酸、固体碱、选择性氧化等新型催化剂发展极为迅速。固体酸催化剂是近年来国际上发展起来的一类新型催化剂，因其可在酯化、烷基化、异构化等重要反应中替代传统硫酸催化剂，并从源头杜绝污染，从而成为发展势头最为强劲的一类新型催化剂。均相碱催化剂在化学品合成中占有相当比例，如环氧化物开环加成合成表面活性剂、酯交换制备精细化学品等，但因严重的污染问题对环境造成恶劣的影响。近年来，以固体碱替代传统氢氧化钠等液碱催化剂已成为必然的发展趋势。由于对催化剂活性、经济、环保的要求，煤液化催化剂的研究重点已经集中在超细粒分散型铁基催化剂的制备与加入方式上，今后的研究课题仍需在用离子交换法引入催化剂的制备与加入方式上，今后的研究课题仍需在用离子交换法引入催化剂的方式、直接浸渍方法的改进、纳米级氧化铁和改性（硫化）氧化铁的应用、低浓度的可促进铁基催化剂活性提高 8 的金属的加入等方面做工作。3.2新型汽车尾气净化催化剂研究

随着汽车发动机新技术的应用及环保法规的日益严格，汽车尾气转化催化剂将呈一下发展趋势。首先，为提高燃料燃烧效率和减少CO的排放，汽车发动机将逐渐采用贫燃技术。据有关报道，改发动机比常规发动机的燃烧经济性高出20%~25%。由于氧气过剩，因而将NOX还原脱出就成为一技术难题。目前正在研究的解决方案包括NOX捕集、选择性还原和电热催化剂等，该技术可望于近期在欧洲工业化。其次是设计发动机时能快速预热的催化剂。在欧洲和北美，汽车排放污染物主要是在催化转化器预热之前的早期排放引起的。在今后数年中，美国、欧洲和日本将生效的更为严格的排放限制主要是针对启动前20~30s尾气的净化。此外，汽车尾气转化催化剂生产商正致力于减少催化剂中的贵金属含量。第三是消除H2S的排放。刚装上催化转化器的汽车在行驶时会产生难闻的气味，这是由于催化转化器中积累的硫以H2S的形式排出，目前合适的解决办法正在研究之中。

3.3新型光催化剂的研究

20世纪70年代初的石油危机不仅带来了光电化学的迅速发展，而且引起了对光催化剂领域的广泛关注。近三十年来，由于在环境致力，太阳能转换、临床医学等诸多方面的潜在应用，光催化及其相关技术得到了快速发展，尤其在污水处理和太阳能转换方面得到了广泛研究。

目前净化水的技术有很多是借助于化学方法。光催化剂作为污水治理的新技术有以下优点：一是作为目前研究最为广泛的高活性光催化剂TiO2可以吸收4%~5%的太阳光，且具有稳定性好、无毒、廉价等优点。二是除来源于空气中的氧以外，不需要添加其他水溶性的氧化剂就可以分解有机污染物，原理上不需要添加其他化学药品。三是同时进行氧化过程和还原过程。四是可以氧化其他高级氧化技术方法无法分解的稳定有机物。五是TiO2的杀菌作用是光催化剂的重要优点。

近年来，以日本、欧美为主的国家纷纷投入巨资和大量的人力进行相关的开发研究，每年都有大量的研究成果。据介绍，目前光催化剂开发的热点主要是：非TiO2半导体材料的研究；混合/复合半导体材料的开发研究参杂TiO2催化剂；

催化剂的表面修饰；制备方法和处理途径的探索等。

从光催化剂应用的前景来看，目前主要应用领域：一是TiO2涂层的自洁净功能。将TiO2镀在建筑材料、交通工具、室内装修材料的外表，利用生活中的太阳光、照明灯光即能分解这些表层的污染物，雨水清洗即实现自洁功能。二是超亲水性能用于制备防雾设备。如涂有超亲水光催化性薄膜的玻璃遇到水气时表面形成了均匀的水膜，所以镜像保持清晰。三是空气和水资源的净化。水处理的分类有各种不同领域，如对上下水源的处理，工厂排水、农业的处理等在医学方面用来消灭病菌和病毒也受到极大的关注。此外，光催化反应还在防腐、印刷、光储存等诸多方面有着潜在的应用前景。

光催化要成为实用技术目前尚存在许多难点，如反应速度慢、量子效率低等，特别需要考虑污染物本身的特征以及可能产生有害的副产物。要想从根本上解决如上问题，关键是要改善催化剂已成为光催化剂研究的重要课题。利用多相光催化治理污染的过程不需要能源和化学氧化剂，催化剂无毒、廉价、反应物活性高、无选择性。并且可能完全矿化有机物，破坏微生物。如果找到量子效率足够高的光催化剂，该项技术将有十分广阔的发展前景。3.4新型生物催化剂研究

生物催化剂技术是化学生物技术的一个组成部分，作为化学合成的一种手段或工具的重要性越来越大。消费者对新产品的需求、产业界要求提高收益并降低成本、政府和行政部门对加强管理的压力以及新技术出现和科学发明等推动了生物催化剂的应用。精细化学品制造商不断采用酶工艺制备手性中间体。美国的酶合成工艺正在向生产光性医药中间体的传统合成工艺挑战。目前使用的工业催化剂有青霉素酰化酶、天冬酶、磷脂酶、氨转移酶、富马酸酶以及固定化大肠杆菌等。用工业生物催化剂生产的产品有L-苯丙氨酸、L-天冬氨酸、综合氨基酸、L-亮氨酸、丙烯酰胺、L-苹果酸、L-丙氨酸、6-氨基青霉烷酸、氨苄青霉素、头孢氨苄等。目前生物催化工业已经产生重大影响。在传统方面，微生物和酶工艺已经被用于生物衍生原料。现在开始扩展到石油衍生材料领域，并且手性酶在有机药品合成及柴油微生物脱硫中得到广泛应用，在反应中作歧化剂。生物催化合成技术与传统的有机化学过程相比，具有潜在的优越性，其选择性好，效率高，生产费用低。酶催化可用于精细化学生产，范围包括药品和农用化学品。酶不仅 10

对天然物催化有效，并且可用于非天然物的崔化反应，其催化选择性较高，可在常温条件下反应，易用于处理废料。将传统的化学合成转化为生物催化过程，具有费用大大节减和环境友好的优点，它可提高天然原材料的使用率。目前，杜邦等公司已注册酶工艺生产1,3-丙二醇的专利。生产过程利用了不同碳水化合物一步发酵技术。该产品已应用于聚对苯二甲酸三甲酯类聚酯的生产。催化剂在我们的生活中已经是必不可少的化学试剂了，而且也在不断的发展着，它在我们的使用中也在不断的改进，它已经运用在我们生活的方方面面。

第四章 对我国催化剂研究的一些建议

4.1加快环保催化剂开发速度

我国环境保护形势严峻,目前仍在继续造成新的环境污染和生态破坏。根据环保的需要,应主要开发生产用于处理汽车尾气的新型工业催化剂(特别是贵金属含量少的),洁净空气燃料添加剂合成的新型添加剂,用于除去挥发性有机物和新的烃基化催化剂,以适应日益严格要求的环保形势。4.2高分子聚合催化剂

高分子聚合催化剂是合成材料的核心技术,直接影响石油化工、机械电子、建筑材料(化学建材)、汽车工业等支柱产业有关材料的生产技术水平。目前我国合成材料虽然发展很快,但合成材料的数量和质量都满足不了市场的需求,还靠大量进口,因此要加快聚合催化剂的研制,特别是高分子材料中最为重要的聚烯烃催化剂的研制。

4.3有机合成、精细化工催化剂

我国有机原料、原材料、中间体总的形势是供不应求,质量不够好,品种较少,难以形成系列,不少要靠进口。针对这种情况,建议开发的重点是:低碳饱和烃和烯烃芳构化及重芳烃轻质化得到轻芳烃的各种新工艺所需催化剂,以扩大长期紧缺的芳烃来源,通过脱氧和选择性氧化等新型催化剂的研制开发,利用低碳饱和烃,以扩大有机原料来源;研制重要有机产品,精细化学品,精细化工原料及中间制备新型催化剂;改进现有基本有机原料合成及净化催化剂或研制新一代高效催化剂,使其活性、选择性、寿命均有较大幅度的增加.4.4新催化材料的研制及应用

新催化材料包括全新的材料和改进现有材料两方面,范围极广。今后的重点是结合旧工艺改进和开发新工艺,研制具有我国特色的分子筛,强化二氧化钦载体催化剂的推广应用以及新型氧化铝、氧化硅、复合材料、杂多酸、固体酸(碱)、均相催化剂和酶的固定化载体的研制开发等。催化技术是“九五”化学工业优先发展的关键性技术,新型高效催化剂已列入国家专项支持的重点科技攻关项目,这为我国催化剂的研制开发及其产业发展创造了有利条件。

参考文献

[1] 吴越.催化化学[M].北京：科学出版社，1995 [2] 季生福，张谦温等.催化剂基础及应用[M].北京:化学工业出版社,2011 [3] 谢立进.半导体光催化剂的研究现状及展望[J].硅酸盐通报,2005（6）[4] 吴兴惠.光催化剂可见光化研究进展[J].云南大学学报（自然科学版），2003 [5] 余灯华，廖世军.几种新型光催化剂及其研究进展[J].工业催化：2003（6）[6] 皇甫惠君，刘瑞斌.光催化降解电镀污水中的COD[J].应用化工，2013（4）[7] 吴梧桐.蛋白质工程技术与新型生物催化剂设计[J].药物生物技术，2004（1）[8] 朱炳辰，催化反应工程[M].北京:中国石化出版社,1999 [9] 李绍纷，化学与催化反应工程[M].北京:中化学工业出版社,1986 [10] 韩维屏等，催化化学导论[M].北京：科学出版社.2003 [11] 王伟,白屏1汽车尾气净化紧密耦合催化转化器[J].贵金属, 2003, 9 [12] 谭宇新,王乐夫.贫燃条件下汽车尾气净化催化剂的研究[J].上海环境科学, 1999, 9 [13] 彭友华,黄勇.国内外催化剂发展概况与开发建议[J].实用技术市场，1998,2:29-31 [14] 崔艳宏,王 伟.催化剂发展对化学工业的影响[J].广州化工,2013.41(4):39-40 [15] 秦玉楠.含钼催化剂发展现状市场与应用前景[J].中国钼业，1997,21（2）：111-115 [16] 华南平，杨平，杜玉如.CO高温变换催化剂的发展[J].小氨肥设计技术，2005,26（4）： [17]翁玉攀,李庆水,张 钲等.固体催化剂[J].化学工业出版社.1983,12

[18] 孙超.纳米技术带来的哲学思考［J].安徽农业大学学报，2002，11(2): 66 －68

致 谢

首先，非常感谢袁强老师在给我们耐心细致的讲解了催化化学这门知识，他渊博的知识让我钦佩，他在学术上的专注精神以及他个人在各个方面所展现出来的人格魅力同样深深的影响着我。在这段时间，他向我传授了大量的专业知识，培育了我从事化学研究的素质和能力。同时他严谨的治学态度、求实谦逊的工作精神、高尚的人格魅力将会是我终生学习的精神榜样。还要感谢化学系的所有老师，他们不仅是我学习上的良师同时也是我人生的导师，他们向我传授了大量的专业知识的同时还教给了我许多做人的道理，是他们的真知灼见给予了我很大的启迪。再次我还要感谢贵州大学的一切，感谢母校贵州大学，给我提供一个良好的学习环境，感谢这里每一个给我帮助和带给我感动的同学朋友，让我最美好的四年青春岁月在这美丽的校园里过得丰富多彩。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请再次接受我诚挚的谢意!谨将此文献给所有关心和帮助我的人!

材化101班

朱清元

2013年6月14日

第三篇：化学动力学学习心得

化学动力学学习心得

姓名：xx

学号：xx 1 什么是化学动力学

人类的生产实践离不开能量,几千年来使用的主要是化学能,即通过化学变化取得能量。人类从发明钻木取火就开始认识到化学能带来的好处。火药的发明使化学能与社会生活的关系更加密切欲取得化学能,必须使物质起化学变化,变化的速率越快获得能量的效率就越高。十九世纪中叶由于蒸汽机的发展,对钢铁和煤的需求急剧上升,矿主们已不能满足火药的效变,天才的诺贝尔发明了炸药。炸药的反应速率之快超出人们的想像，所以人类社会的要求是与化学反应的速率问题不可分的。化学动力学正是研究化学反应的速度的科学。化学动力学作为物理化学学科的一个分支已有很久的历史,并概括为研究化学反应的机理与速率的科学。化学动力学的发展经历了从现象的观察到理论的分析,从宏观的测量到微观的探索,因而它又分为宏观化学动力学和微观反应动力学,后者又称分子反应动力学。

2化学动力学发展历史

百年来化学动力学历经的三大发展阶段:宏观反应动力学阶段、元反应动力学阶段和微观反应动力学阶段。这三大阶段也体现了化学动力学研究领域和研究方法及技术手段的变化发展历程。2.1宏观反应动力学阶段

化学动力学作为一门独立的学科,它的发展历史始于质量作用定律的建立。宏观反应动力学阶段是研究发展的初始阶段,大体上是从19世纪后半叶到20世纪初,主要特点是改变宏观条件,如温度、压力、浓度等来研究对总反应速率的影响,其间有3次诺贝尔化学奖颁给了与此相关的化学家。这一阶段的主要标志是质量作用定律的确立和阿伦尼乌斯公式的提出。2.2元反应动力学阶段

元反应动力学阶段始于20世纪初至20世纪50年代前后,这是宏观反应动力学向微观反应动力学过渡的重要阶段。其主要贡献是反应速率理论的提出、链反应的发现、快速化学反应的研究、同位素示踪法在化学动力学研究上的广泛应用以及新研究方法和新实验技术的形成,由此促使化学动力学的发展趋于成熟。在此阶段有3次诺贝尔化学奖颁给了对化学动力学发展做出贡献的化学家。2.3微观反应动力学阶段

微观反应动力学阶段是20世纪50年代以后化学动力学发展的又一新阶段。这一阶段最重要的特点是研究方法和技术手段的创新,特别是随着分子束技术和激光技术在研究中的应用而开创了分子反应动力学研究新领域,带来了众多的新成果。尤其是20世纪80年代以来,仅从1986年到2002年的10多年间就有7次诺贝尔化学奖颁给了与此相关的化学家,可见其前沿性和创新性。

3化学动力学研究方法

3.1唯象动力学研究方法

也称经典化学动力学研究方法，它是从化学动力学的原始实验数据──浓度c与时间t的关系──出发，经过分析获得某些反应动力学参数──反应速率常数 k、活化能Ea、指前因子A。用这些参数可以表征反应体系的速率特征，常用的关系式有：

式中r为反应速率；A、B、C、D为各物质的浓度；α、β、γ、δ称为相对于物质A、B、C、D的级数；R为气体常数；T 为热力学温度。

化学动力学参数是探讨反应机理的有效数据。20世纪前半叶，大量的研究工作都是对这些参数的测定、理论分析以及利用参数来研究反应机理。但是，反应机理的确认主要依赖于检出和分析反应中间物的能力。20世纪后期，自由基链式反应动力学研究的普遍开展，给化学动力学带来两个发展趋向：一是对元反应动力学的广泛研究；二是迫切要求建立检测活性中间物的方法，这个要求和电子学、激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从50年代的毫秒级变为皮秒级。3.2分子反应动力学研究方法

从微观的分子水平来看，一个元化学反应是具有一定量子态的反应物分子间的互相碰撞，进行原子重排，产生一定量子态的产物分子以至互相分离的单次反应碰撞行为。用过渡态理论解释，它是在反应体系的超势能面上一个代表体系的质点越过反应势垒的一次行为。原则上，如果能从量子化学理论计算出反应体系的正确的势能面，并应用力学定律计算具有代表性的点在其上的运动轨迹，就能计算反应速率和化学动力学的参数。但是，除了少数很简单的化学反应以外，量子化学的计算至今还不能得到反应体系的可靠的完整的势能面。因此，现行的反应速率理论(如双分子反应碰撞理论、过渡态理论)仍不得不借用经典统计力学的处理方法。这样的处理必须作出某种形式的平衡假设，因而使这些速率理论不适用于非常快的反应。尽管对平衡假设的适用性研究已经很多，但完全用非平衡态理论处理反应速率问题尚不成熟。在60年代，对化学反应进行分子水平的实验研究还难以做到。它应用现代物理化学的先进分析方法，在原子、分子的层次上研究不同状态下和不同分子体系中单分子的基元化学反应的动态结构，反应过程和反应机理。它从分子的微观层次出发研究基元反应过程的速率和机理，着重于从分子的内部运动和分子因碰撞而引起的相互作用来观察化学基元过程的动态学行为。中科院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室在这方面研究有突出的贡献。结语及启发

近百年来,化学动力学进展的速度很快, 氢原子里德堡飞渡时间谱技术、改进的通用型分子束仪器以及理论化学动力学研究推动了有关基元化学反应过程的态-态动力学、多通道反应动力学以及反应动力学中的共振等研究，近年来,在近场光学技术基础上发展起来的扫描近场光学显微镜,突破了光学显微镜半波长的极限限制,分辨率达到10nm,可以分辨单个大分子。这一方面应归功于相邻学科基础理论和技术上的进展,另一方面也应归功于实验方法和检测手段的快速发展。理论和实验的紧密配合可以帮助科学家深入了解各种基元化学过程是如何发生的,而更精细的实验结果与更精准的理论研究的互动则是这一研究领域得以继续发展的强大动力。实践再一次证明:理论与实践的紧密结合是科学得以发展的必由之路。

第四篇：高等动力学课程总结

高等动力学课程总结

刚进入博士一年级，所参与的课题是水下机器人的控制研究，进入课题组的时候，所涉及到的相关课题中的涉及到的很多的运动系统模型基本不知所以然，看了很多关于水下机器人的书籍和文献，但是对其中的一些物理量也缺乏明确认知。很是庆幸的是开学的时候听从了师兄的意见选修了《高等动力学》的课程，通过这一学期的学习，对分析力学、刚体力学等有了一些了解，对后续的课题研究打下了扎实的基础。

《高等动力学》课程主要包括三个部分的内容，分别是分析力学，刚体力学和稳定性理论。分析力学通过引入广义坐标将传统矢量力学的矢量分析方法转化为直接运用数学分析的方法，研究宏观现象中的力学问题。分析力学的是独立于牛顿力学的描述力学世界的体系；刚体力学包括刚体运动学和刚体动力学两个基本部分内容，主要讲述特殊质点系-刚体在外力作用下的运动规律；运动稳定性理论则主要介绍了稳定性的基本分析方法和判别方法及思路。分析力学

分析力学的最基本出发点是引入了广义坐标的概念，并利用约束的概念建立了广义坐标变量之间的相互关系，即约束方程。在此基础上，引入了与矢量力学中牛顿动力学基本定律相对应的动力学普遍方程。此后在动力学普遍方程的基础上通过不同的变化与数学推导，引出了适用于完成系统的拉格朗日第二类方程，哈密顿正则方程、罗斯方程和适用于非完整系统的拉格朗日第一运动方程、劳斯方程、阿贝尔方程和凯恩方程，在引入各方程的过程中引入了相对应的常见动力学量的广义坐标形式和广义动力学量。相比于经典力学中矢量力学分析方法，分析力学在分析过程中，完全避免了约束力在方程中出现，极大程度上减小了方程处理的难度。刚体动力学

刚体的一般运动可以分解为随质心运动的平移和相对质心的转动。刚体的平移可直接利用质心运动定理转化为质点动力学问题，因而刚体绕定点的转动是刚体动力学的主要内容。其主要内容包括刚体绕定点转动的运动学和动力学两大部分。稳定性理论

稳定性理论课程中，主要介绍了运动稳定性理论、Lyapunov 直接法、保守系统的平衡位置与定常运动稳定性、力的结构一起对运动稳定性的影响。

1.水下机器人受力分析

为了设计水下机器人的控制系统，首先需要建立机器人的动力学模型。在水下运动的机器人系统是一个非线性的动力学系统，需要确定的参数较多，由于技术和测试条件的限制，有些参数无法准确测定或者无法测定。为了控制的需要，有必要对系统进行必要的简化，而只考虑对系统性能起主要作用的影响因素，这里主要考虑重力、浮力、推力和水动力对机器人的影响。重力和重力矩

水下机器人受到地球的引力作用，由此产生的力和力矩要反映到局部坐标系中去，可表示为

浮力和浮力矩

水下机器人在水中受到浮力作用，由此产生的力和力矩要反映到局部坐标系中去，可表示为

推动力和推动力矩

水下机器人所受推动力和推动力矩与推力器的布置有关，推力器的布置又与水下机器人的结构、线型、尺度及运动要求有关，属于结构设计范畴。这里暂不涉及结构设计，只给定各推力器的布置。要求水下机器人实现 6 自由度的运动，考虑到每对推力器可以取相同或相反的推力方向，因此安装三对推力器就可T2 位于O'x'y' 以实现 6 自由度的运动。图中以箭头表示推力器，其中推力器 T1、平面并且相对于 x' 轴对称，实现绕 z' 轴的转动及沿 x' 轴的平动；推力器 T3、T4 位于 O'y'z'平面并且相对于 y' 轴对称，实现绕 x' 轴的转动及沿 y' 轴的平动；推力器 T5、T6 位于 O'x'z'平面并且相对于z' 轴对称，实现绕 y' 轴的转动及沿z' 轴的平动。

推力器产生的推动力

设第 i 个推力器的螺旋桨转速为 ni，螺旋桨直径为Di，第 i 个推力器的推力系数为 KTi，第 i 个推力器产生的推力为 FTi，水的密度为 ρ。则有

推力器产生的合力与合力矩

y'、z' 轴方向上的合力分别为 Tx′、Ty′、Tz′，y'、设沿 x'、作用于 x'、z' 轴的合力矩分别为 KT、MT、NT，计算如下

水动力和力矩

机器人在水中会受到水动力作用，由此产生的力和力矩要反映到局部坐标系中。设水流在大地坐标系下的速度为

水流的速度在局部坐标系与大地坐标系之间的变换关系为式中

水流相对于机器人的速度

水流阻力和阻力矩

水流阻力与水下机器人相对水流速度的平方成正比。设沿 x'、y'、z' 轴线方向的水流阻力分别为Fx'、Fy'、Fz'，它们可分别由下式计算

水流产生的阻力矩与机器人角速度平方成正比，由试验测得阻力矩系数(Kx′、Ky′、Kz′)后，可以求得流体对水下机器人产生的阻力矩在 x'、y'、z' 轴上的投影分别为附加质量。

水下机器人在流体中加速运动时，对周围的流体也产生作用力，使之产生加 这速度，在其周围环绕的做加速运动的流体质量称为附加质量。为了研究方便，里近似认为水下机器人是前后左右对称的，则机器人沿三个轴向的附加质量只与各自轴线方向的加速度和角加速度有关。其中，沿 x'、y'、z' 轴线方向产生的附加质量分别为，沿 x'、y'、z' 轴旋转方向的附加质量分别为，它们可由试验测得。

2.机器人动力学模型的建立

基于上述坐标系的建立和受力分析，根据牛顿第二定律和动量矩定理，可以推导求得水下机器人动力学方程的矩阵表示形式

式中

v、w、求解动力学方程就可以得到机器人在局部坐标系中描述的运动规律(即 u、p、q、r)，然后转换到大地坐标系下得到机器人在大地坐标系中描述的运动规律

式中x , y , z——机器人在大地坐标系中沿三个轴向的速度。用于控制的动力学模型

水下机器人的动力学方程是在局部坐标系中建立的，而轨迹规划及控制都是在大地坐标系中描述的，因此为了研究水下机器人的控制，需要将机器人在大地坐标系中描述的运动参数及控制参数转换到在局部坐标系中描述。定义水下机器人在大地坐标系中的位置参数及姿态参数分别为

根据式可以得到水下机器人在局部坐标系和大地坐标系之间的速度、加速度、角速度和角加速度的变换关系为

这样，上式组成了水下机器人的控制基础。

第五篇：化学动力学的研究与应用

化学动力学的研究及其应用

1110712 胡景皓

摘要: 化学动力学研究的对象包括化学反应进行的条件（温度、压强、浓度、介质）对化学过程速率的影响，反应的历程（反应机理），物质的结构与化学反应能力之间的关系。

关键词：放射性测定，蜕变速率，半衰期，放射性同位素

1.化学动力学的研究领域

化学动力学作为物理化学学科的一个分支已有很久的历史,并概括为研究化学反应的机理与速率的科学。化学动力学的发展经历了从现象的观察到理论的分析,从宏观的测量到微观的探索,因而它又分为宏观化学动力学和微观反应动力学,后者又称分子反应动力学。1928年M.Polanyi研究Na_2+Cl_2反应的机理,相继建立了多维势能面来研究反应的进程,被誉为微观反应动力学诞生的里程碑。七十年代以来,分子束和激光技术的发展并在动力学研究中广泛应用,促使反应动力学的研究得到长足进步。1986年诺贝尔化等奖授予这个领域的三位著名化学家D.R.Herschbach,Y.T.Lee和J.C.Polanyi,标志着化学反应动力学的重要性,以及目前已经取得的进展和达到的水平。

2.化学动力学的研究方法

2.1.唯象动力学研究方法

也称经典化学动力学研究方法，它是从化学动力学的原始实验数据──浓度c与时间t的关系──出发，经过分析获得某些反应动力学参数──反应速率常2 数 k、活化能Ea、指前因子A。用这些参数可以表征反应体系的速率特征，常用的关系式有：

式中r为反应速率；A、B、C、D为各物质的浓度；α、β、γ、δ称为相对于物质A、B、C、D的级数；R为气体常数；T 为热力学温度。

化学动力学参数是探讨反应机理的有效数据。20世纪前半叶，大量的研究工作都是对这些参数的测定、理论分析以及利用参数来研究反应机理。但是，反应机理的确认主要依赖于检出和分析反应中间物的能力。20世纪后期，自由基链式反应动力学研究的普遍开展，给化学动力学带来两个发展趋向：一是对元反应动力学的广泛研究；二是迫切要求建立检测活性中间物的方法，这个要求和电子学、激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从50年代的毫秒级变为皮秒级。

2．1.1分子反应动力学研究方法

从微观的分子水平来看，一个元化学反应是具有一定量子态的反应物分子间的互相碰撞，进行原子重排，产生一定量子态的产物分子以至互相分离的单次反应碰撞行为。用过渡态理论解释，它是在反应体系的超势能面上一个代表体系的质点越过反应势垒的一次行为。原则上，如果能从量子化学理论计算出反应体系的正确的势能面，并应用力学定律计算具有代表性的点在其上的运动轨迹，就能计算反应速率和化学动力学的参数。3

分子势能面

但是，除了少数很简单的化学反应以外，量子化学的计算至今还不能得到反应体系的可靠的完整的势能面。因此，现行的反应速率理论(如双分子反应碰撞理论、过渡态理论)仍不得不借用经典统计力学的处理方法。这样的处理必须作出某种形式的平衡假设，因而使这些速率理论不适用于非常快的反应。尽管对平衡假设的适用性研究已经很多，但完全用非平衡态理论处理反应速率问题尚不成熟。

在60年代，对化学反应进行分子水平的实验研究还难以做到。经典的化学动力学实验方法不能制备单一量子态的反应物，也不能检测由单次反应碰撞所产生的初生态产物。分子束(即分子散射)，特别是交叉分子束方法对研究化学元反应动力学的应用，使在实验上研究单次反应碰撞成为可能。分子束实验已经获得了许多经典化学动力学无法取得的关于化学元反应的微观信息，分子反应动力学是现代化学动力学的一个前沿阵地。4 它应用现代物理化学的先进分析方法，在原子、分子的层次上研究不同状态下和不同分子体系中单分子的基元化学反应的动态结构，反应过程和反应机理。它从分子的微观层次出发研究基元反应过程的速率和机理，着重于从分子的内部运动和分子因碰撞而引起的相互作用来观察化学基元过程的动态学行为。中科院大连化学物理研究所分子反应动力学国家重点实验室在这方面研究有突出的贡献。

3.化学动力学的应用

化学动力学是一个应用非常广泛的科学领域，如何较准确地测定考古挖掘物的年代，是考古学家们需要解决的重要课题。自20世纪中叶以来，科学家用先进技术解决了这一问题，即用放射性碳测定年代的技术。

碳的同位素主要是稳定同位素12C，13C及具有放射性的14C。

地球上的大气永恒地承受着穿透能力极强的宇宙线照射。这些射线来自于外层空间，它是由电子、中子和原子核组成的。大气与宇宙线间的重要反心之一是中子被大气中的氮-14捕获产生了放射性的碳-14和氢：

14711N0n146C1H

放射性的碳原子最终生成了14CO2，它与普通的二氧化碳12CO2（12C在自然界的丰度占碳总量的98.89%）在空气中混合。同位素碳-14蜕变放射出粒子（电子），其蜕变速率由每秒放射出的电子数来测定。蜕变为一级反应，其速率方程式为：vkN

K为一级反应速率系数；N为所存在的14C核的数目。蜕变的半衰期为5.730.6933×103年 k=5.7310a=1.21×10-4a-1

当植物进行光合作用吸收了CO2的时候，C同位素进入了生物圈。动物吃了植物，在新陈代谢中，又以CO2的形式呼出碳-14.因而导致碳-14以多种形式参与了碳在自然界中的循环。因反射蜕变减少了的14C又不断地被大气中新产生的1

414C补充着。在蜕变补充的过程中，建立了动平衡。因此14C与12C的比例在生命

14体内保持恒定。当植物或动物死亡之后，其中的碳-14不再得到补充。由于C蜕变过程没有终止，死亡了的生命中14C所占的比例将减少。在煤、石油及其他5 地下含碳的材料中碳原子也发生着同样的变化。如多年之后的干尸（木乃伊）中核与活着人们的体内14C与12C的比例随着年代的增长成正比地减少。

1955年，W．P．Libby（美国化学家）提出，这一事实能用于估算某特定样品在没有补充14C的情况下，碳-14同位素已经蜕变的时间。

ln根据co(A)Nolnc(A)= k t，可以写出N=kt

时所存在的14C核数；时所存在的14C核数。

因为蜕变速率正比存在的14C核数，上述方程可写作：

1NolnN t=k1v1vnewlnln441.2110av1.2110avold ' t=若已知新（new）、旧（old）样品的蜕变速率v，就能计算出t，即旧样品的年龄。这种有独创性的技术是以极简单的概念为基础的。W．F．Libby奠定了这一技术的基础，为此他荣获了1960年的Nobel化学奖。

“碳-14测定年代法”的成功与否，取决于能精确地测量蜕变速率。在活着（new）的生物体内14C／12C为1/1012,14C的量如此之少，所用仪器的检测器对放射性蜕变要特别灵敏。对年代久远的样品来说，要达到较高的精确度就更加困难。尽管如此，这一技术已成为考古学中判断古生物年龄的重要方法，可以用来判断远离现在（1000-50000）年之久的生物化石、绘画和木乃伊等。

参考文献：

国汉贤.《应用化工动力学》.北京.化学工业出版社.2003 《无机化学》第五版.大连理工大学无机化学教研室编.西南交通大学出版社，2004 文章《化学与文物考古》.梁宏斌.2005 《物理化学》南京大学化学化工学院（第五版）傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华编.高等教育出版社.2006