2025年大學(xué)《能源化學(xué)》專業(yè)題庫——高效能源生產(chǎn)的新型催化技術(shù)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題后的括號內(nèi)）1.下列哪種物質(zhì)不屬于新型多相催化劑的范疇？A.貴金屬負載型氧化物B.金屬有機框架（MOFs）C.納米顆粒分散在惰性載體上D.均相溶液中的金屬配合物2.在太陽能光催化水分解制氫過程中，下列哪種物質(zhì)常被用作助催化劑？A.催化劑載體B.光敏劑C.電子傳輸體D.助催化劑3.質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）中，用于催化氫氣氧化的催化劑是？A.鈷基催化劑B.鎳基催化劑C.鉑（Pt）基催化劑D.釕（Ru）基催化劑4.下列哪種方法不屬于常用的金屬有機框架（MOFs）材料的制備方法？A.沉淀法B.溶膠-凝膠法C.水熱法D.原位結(jié)晶法5.在催化反應(yīng)中，催化劑的“選擇性”指的是？A.催化劑的熱穩(wěn)定性B.催化劑活化能的大小C.催化劑對目標產(chǎn)物生成的偏好程度D.催化劑的反應(yīng)速率6.下列哪種技術(shù)不直接涉及CO2的轉(zhuǎn)化利用？A.CO2加氫制燃料B.CO2電催化還原C.碳酸鈣沉淀法捕集CO2D.CO2轉(zhuǎn)化制化學(xué)品7.固體氧化物燃料電池（SOFC）的工作溫度通常在？A.100-300°CB.300-600°CC.600-1000°CD.1000-1400°C8.催化劑失活的主要原因不包括？A.活性位點中毒B.催化劑燒結(jié)C.載體表面改性D.反應(yīng)條件優(yōu)化9.生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制燃料的主要目標產(chǎn)物不包括？A.乙醇B.甲醇C.氫氣D.天然氣10.下列哪種評價方法主要用于考察催化劑在長時間運行下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和活性保持能力？A.催化活性評價B.選擇性評價C.穩(wěn)定性評價D.微觀結(jié)構(gòu)表征二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上）1.催化劑能改變反應(yīng)的__________，但不能改變反應(yīng)的__________。2.納米催化劑由于具有__________效應(yīng)和__________效應(yīng)，通常表現(xiàn)出更高的催化活性。3.在燃料電池中，催化劑的__________和__________是其關(guān)鍵性能指標。4.金屬有機框架（MOFs）材料是由金屬離子或團簇與有機配體通過______________形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。5.催化劑的性能優(yōu)化策略包括______________、______________和反應(yīng)條件優(yōu)化等。6.CO2捕集、利用和封存（CCUS）技術(shù)是實現(xiàn)碳減排的重要途徑，其中催化技術(shù)在其中扮演著______________的角色。7.光催化反應(yīng)通常需要催化劑具備良好的__________能力和__________能力。8.生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化制化學(xué)品的主要途徑包括__________、__________和__________等。9.催化劑的穩(wěn)定性主要包括__________穩(wěn)定性和__________穩(wěn)定性。10.原位表征技術(shù)是在反應(yīng)__________條件下對催化劑進行表征，可以更直接地揭示催化劑的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。三、簡答題（每小題5分，共25分）1.簡述均相催化和多相催化的主要區(qū)別。2.簡述提高催化劑選擇性的常用方法。3.簡述納米催化劑具有高催化活性的主要原因。4.簡述燃料電池中催化劑失活的主要方式。5.簡述水熱法在制備新型催化材料中的優(yōu)勢。四、論述題（每小題10分，共20分）1.論述光催化技術(shù)在可持續(xù)能源生產(chǎn)中的意義和面臨的挑戰(zhàn)。2.論述如何通過催化劑設(shè)計來提高生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制高附加值化學(xué)品的效率。五、實驗設(shè)計題（10分）設(shè)計一個簡單的實驗方案，用于比較兩種不同貴金屬（如Pt和Pd）負載型催化劑在甲醇電催化氧化反應(yīng)中的活性。請說明實驗所需的主要材料和設(shè)備、實驗步驟以及活性評價方法。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.A5.C6.C7.C8.D9.D10.C二、填空題1.速率；熱力學(xué)2.小尺寸；表面效應(yīng)3.活性；選擇性4.配位鍵5.催化劑改性；載體改性6.核心7.光吸收；電荷分離8.熱解；氣化；液化9.結(jié)構(gòu)；化學(xué)10.附近三、簡答題1.均相催化中，催化劑和反應(yīng)物以同一相態(tài)存在（通常為液相）；催化劑分子通常較小且分散均勻；反應(yīng)速率快，但分離催化劑和產(chǎn)物困難。多相催化中，催化劑和反應(yīng)物以不同相態(tài)存在；催化劑通常為固體；反應(yīng)速率可能較慢，但分離催化劑和產(chǎn)物容易。2.調(diào)控催化劑的組成和結(jié)構(gòu)（如改變活性位點種類、數(shù)量和電子結(jié)構(gòu)）；利用助劑；精確控制反應(yīng)條件（如溫度、壓力、氣氛）；設(shè)計不對稱催化劑等。3.納米催化劑具有較大的比表面積，提供了更多的活性位點；小尺寸效應(yīng)導(dǎo)致活性位點處的原子具有更高的反應(yīng)活性；量子尺寸效應(yīng)可能影響電子結(jié)構(gòu)，進而影響催化活性。4.活性位點中毒（如硫氧化物、磷氧化物等覆蓋活性位點）；催化劑燒結(jié)（活性組分顆粒長大導(dǎo)致比表面積減?。?；載體與活性組分之間的相互作用變化；腐蝕等。5.水熱法在高溫高壓的溶液環(huán)境中進行，有利于合成具有特定結(jié)構(gòu)和組成的晶體材料；可以抑制副反應(yīng)的發(fā)生，提高產(chǎn)物純度；適用于合成一些在常溫常壓下難以穩(wěn)定存在的材料，如某些金屬氧化物、氫氧化物和配合物等。四、論述題1.光催化技術(shù)利用太陽能驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，將水分解制氫或CO2轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)，有助于解決能源短缺和環(huán)境污染問題，具有重要的可持續(xù)能源生產(chǎn)意義。面臨的挑戰(zhàn)包括：光催化材料的光吸收效率不高；光生電子-空穴對的分離和傳輸效率低；催化劑的穩(wěn)定性和重復(fù)使用性有待提高；反應(yīng)機理復(fù)雜，難以精確控制等。2.通過催化劑設(shè)計提高生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制高附加值化學(xué)品的效率，可以從以下幾個方面入手：設(shè)計具有高選擇性的催化劑，以targeted地將生物質(zhì)中的特定官能團轉(zhuǎn)化為目標產(chǎn)物；設(shè)計具有高活性的催化劑，以降低反應(yīng)能壘，提高反應(yīng)速率；設(shè)計具有高穩(wěn)定性的催化劑，以延長催化劑的使用壽命；設(shè)計具有特定孔結(jié)構(gòu)的催化劑，以利于反應(yīng)物擴散和產(chǎn)物脫附；利用計算機模擬等計算化學(xué)方法輔助設(shè)計新型高效催化劑等。五、實驗設(shè)計題實驗所需主要材料和設(shè)備：電解池、電化學(xué)工作站、Pt和Pd負載型催化劑（如負載在碳材料上）、甲醇、KOH溶液（或其他電解質(zhì)溶液）、玻碳電極（工作電極）、鉑絲電極（對電極）、飽和甘汞電極（參比電極）、磁力攪拌器。實驗步驟：1.配制一定濃度的KOH溶液作為電解質(zhì)。2.將玻碳電極分別修飾為Pt/C和Pd/C催化劑電極。3.將修飾好的工作電極、對電極和參比電極放入電解池中，加入電解質(zhì)溶液，并用磁力攪拌器攪拌溶液。4.在電化學(xué)工