2025年大學(xué)《化學(xué)》專業(yè)題庫——化學(xué)催化劑表面活性位點考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.下列哪種結(jié)構(gòu)通常被認為是催化劑表面最不穩(wěn)定的活性位點？A.完整的晶面B.晶棱C.晶角D.單個原子吸附位點2.在過渡金屬催化劑表面，哪種效應(yīng)通常會導(dǎo)致吸附物種的鍵合變強，從而可能提高催化活性？A.負的吸附物-金屬相互作用B.正的吸附物-金屬相互作用C.負的吸附物-載體相互作用D.正的吸附物-載體相互作用3.X射線光電子能譜（XPS）主要用于分析催化劑表面的：A.微觀形貌和晶體結(jié)構(gòu)B.元素組成和化學(xué)態(tài)C.電子能級和表面電子結(jié)構(gòu)D.比表面積和孔徑分布4.對于均相催化，活性位點通常被認為是：A.固體催化劑表面的特定原子或原子團B.溶液中的自由離子或分子C.氣相中的反應(yīng)物分子D.催化劑內(nèi)部晶粒的核心區(qū)域5.在設(shè)計用于選擇性氧化的催化劑時，通常希望活性位點能夠：A.與反應(yīng)物吸附力極強，以加速反應(yīng)B.對目標產(chǎn)物和副產(chǎn)物具有相似的吸附能C.對目標產(chǎn)物吸附力強，對副產(chǎn)物吸附力弱D.對反應(yīng)物吸附力弱，以減少副反應(yīng)6.下列哪種方法不屬于通過改變催化劑體相來調(diào)控表面活性位點的策略？A.制備不同尺寸的納米顆粒B.引入第二組分形成合金C.通過離子交換修飾載體表面D.形成特定晶面的單晶催化劑7.“強吸附位點”通常指的是：A.表面能較高的位點B.能夠與反應(yīng)物形成弱化學(xué)鍵的位點C.能夠與反應(yīng)物形成強化學(xué)鍵，甚至接近化學(xué)計量的位點D.距離反應(yīng)物較遠的位點8.原位表征技術(shù)的主要優(yōu)勢在于：A.可以獲得更高分辨率的圖像B.可以在保持反應(yīng)條件下觀察催化劑的變化C.通常比非原位技術(shù)更簡單易行D.可以提供更豐富的表面元素信息9.在費托合成中，為了提高烯烴的選擇性，通常會選擇具有哪種類型的活性位點的催化劑？A.高遷移率的表面金屬原子B.酸性較強的沸石孔道C.對CO具有強吸附，對H2具有弱吸附的金屬位點D.對H2具有強吸附，對CO具有弱吸附的金屬位點10.下列哪個概念主要用于解釋表面原子為什么傾向于形成活性位點？A.能量最低原理B.束縛能最大化原理C.費米能級原則D.對稱性匹配原則二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.催化劑表面的________、________和________是常見的活性位點類型。2.吸附理論認為，催化反應(yīng)的決速步驟通常涉及吸附物種之間的________或________。3.X射線吸收譜（XAS）可以通過分析________等特征來揭示吸附物的化學(xué)態(tài)和電子結(jié)構(gòu)。4.通過________可以改變表面原子的配位環(huán)境，從而調(diào)控其催化活性。5.在電催化中，活性位點通常是指電極表面的________或________。6.表面________效應(yīng)是指隨著納米顆粒尺寸減小，其表面原子所占比例增加，導(dǎo)致催化活性發(fā)生顯著變化的現(xiàn)象。7.理論計算方法如________可用于預(yù)測表面活性位點的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，以及反應(yīng)機理。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述載體在負載型催化劑中對于表面活性位點可能產(chǎn)生的影響。2.解釋什么是“欠飽和位點”，并說明其在催化反應(yīng)中可能的作用。3.簡要說明為什么在研究電催化劑活性位點時，除了考慮本征活性（如吸附能），還需要考慮外電路的電子轉(zhuǎn)移阻力。四、論述題（每題10分，共20分）1.以CO氧化反應(yīng)為例，論述催化劑表面不同類型的活性位點（如不同的金屬原子或表面缺陷）可能對反應(yīng)活性和選擇性產(chǎn)生的影響。2.討論設(shè)計高效多相催化劑時，調(diào)控活性位點種類、數(shù)量和分布需要考慮哪些關(guān)鍵因素，并舉例說明如何通過特定方法實現(xiàn)這些調(diào)控。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.B5.C6.C7.C8.B9.C10.B二、填空題1.晶面晶棱晶角2.化合化解3.吸附邊原子芯4.缺陷工程5.表面原子表面吸附物種6.尺寸7.DFT（或密度泛函理論）三、簡答題1.載體可以提供活性位點（如通過表面吸附位點或缺陷），影響活性位點的數(shù)量和分散度，通過改變電子相互作用（如電子捐贈或奪?。┱{(diào)節(jié)活性位點的電子態(tài)，影響活性位點的穩(wěn)定性，并通過限制顆粒生長控制活性位點的尺寸和形貌。2.欠飽和位點是指催化劑表面處于不完全覆蓋或未達到飽和吸附狀態(tài)的原子或位點。它們通常具有較高的反應(yīng)活性，因為反應(yīng)物可以更容易地在該位點吸附并發(fā)生反應(yīng)，或者產(chǎn)物更容易從該位點脫附。欠飽和位點往往是催化反應(yīng)的起始或決速步驟位點。3.本征活性主要取決于活性位點本身的性質(zhì)，如吸附能。但電催化反應(yīng)是一個整體過程，包括吸附、表面反應(yīng)、產(chǎn)物脫附以及電子在電極/電解質(zhì)界面之間的轉(zhuǎn)移。電子轉(zhuǎn)移阻力（過電位）可能成為整個反應(yīng)過程的瓶頸，顯著影響宏觀表觀活性。因此，在研究電催化劑時，需要綜合考慮活性位點的本征活性和電子轉(zhuǎn)移過程，才能全面評估催化劑的性能。四、論述題1.CO氧化反應(yīng)是典型的表面反應(yīng)。不同類型的活性位點（如不同的金屬原子）對CO和O2的吸附強度不同。例如，Pd(111)表面對CO吸附較強，對O2吸附較弱，反應(yīng)可能較慢；而Ni(111)或Rh(111)表面可能對O2吸附更強或?qū)O吸附相對較弱，有利于反應(yīng)進行。不同晶面（如steppedsites,kinksites）或缺陷（如空位）通常具有不同的原子配位環(huán)境和電子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致吸附物（CO,O*）的吸附能、表面反應(yīng)能壘以及反應(yīng)路徑發(fā)生變化，從而影響反應(yīng)活性和選擇性（如CO氧化完全或生成CO2）。例如，某些缺陷位點可能提供更易于氧原子遷移和與CO反應(yīng)的結(jié)構(gòu)。2.設(shè)計高效多相催化劑時調(diào)控活性位點需考慮：①活性位點種類與化學(xué)性質(zhì)：選擇能提供合適吸附能（對反應(yīng)物吸附強，對產(chǎn)物吸附弱）和反應(yīng)路徑的活性位點（如特定金屬、合金組分、助劑）。②活性位點數(shù)量與分散度：增加活性位點數(shù)量（如減小粒徑、增加比表面積）和提高其分散度（避免團聚）能顯著提高催化劑的活性。③活性位點尺寸與形貌：特定尺寸和形貌的催化劑表面可能暴露獨特的晶面或結(jié)構(gòu)（如邊緣位點、缺陷），這些位點具有特殊的電子結(jié)構(gòu)和吸附性能。④電子結(jié)構(gòu)調(diào)控：通過引入助劑、改變載體或施加外部電場/光照射等手段，調(diào)節(jié)活性位點的電子態(tài)，可以優(yōu)化吸附和反應(yīng)能壘。例如