化學(xué)中的催化xxxx20XXxxx地球上生命的起源—無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物

氨基酸礦物水H2ONH3CH4N2無(wú)機(jī)物有機(jī)物自然界催化現(xiàn)象普遍存在（1）人的生命過(guò)程—維持人體新陳代謝過(guò)程食物空氣水酶催化劑（金屬粒子/蛋白質(zhì)）常溫常壓氧化還原分解異構(gòu)能量代謝自然界催化現(xiàn)象普遍存在（2）植物的光合作用CO2+H2O

碳水化合物+O2hν

酶，常溫常壓自然界催化現(xiàn)象普遍存在（3）牛吃的是草，產(chǎn)的是奶自然界催化現(xiàn)象普遍存在（4）工業(yè)界催化無(wú)處不在年份198919962001產(chǎn)值（億美元）3686107全球催化劑市場(chǎng)增長(zhǎng)化學(xué)工業(yè)90%的過(guò)程與催化有關(guān)—催化是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)一點(diǎn)不過(guò)分美國(guó)GDP中和催化有關(guān)占20%,1998年用催化劑13億美元,而產(chǎn)品價(jià)值達(dá)萬(wàn)億美元,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)巨大。軍工生物化工制藥化工環(huán)保天然氣化工精細(xì)化工石油化工石油煉制無(wú)機(jī)化工煤化工催化應(yīng)用人體健康

手性催化氧化可再生能源1918年哈伯合成NH3硫酸硝酸合成氨聚烯烴芳烴1973年金屬有機(jī)催化TNT

肼分解

燃料電池

硝基胍源頭

事后（尾氣）H2、甲醇、二甲醚、FT合成催化裂化

重整

加氫裂化

加氫精制催化應(yīng)用十大領(lǐng)域正是這十大領(lǐng)域的應(yīng)用和相應(yīng)的基礎(chǔ)研究，加上化物所催化實(shí)在業(yè)績(jī)，1987年成立了“國(guó)家催化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。1994年科技部“國(guó)家催化工程研究中心”順利落戶化物所。催化應(yīng)用十大領(lǐng)域催化科學(xué)發(fā)展(諾貝爾獎(jiǎng)得主）年份獲得者貢獻(xiàn)1909Ostwald催化，化學(xué)平衡和反應(yīng)速率1912Sabatier有機(jī)分子催化脫氫反應(yīng)1918Haber工業(yè)合成NH3方法1932Langmuir表面化學(xué)和吸附1961Calvin光合作用中的化學(xué)過(guò)程1963Natta-Ziegler乙烯丙烯催化聚合反應(yīng)1973Fischer，Wilkinson金屬有機(jī)化合物1992Marcus分子間電子傳遞過(guò)程2001Knowles，Noyori，Sharpless手性催化氧化反應(yīng)E0A+BABE1E2ΔG<0

催化劑是在反應(yīng)中添加的一種物質(zhì)，其本身不參與產(chǎn)物組成，但能夠降低能壘以加快反應(yīng)速度催化作用原理催化作用原理反應(yīng)熱力學(xué):反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的熱力學(xué)判斷是Gibbs自由焓減少:即ΔG<0反應(yīng)動(dòng)力學(xué):反應(yīng)即使自發(fā),由于有能壘存在,反應(yīng)速度也可以極慢催化只能管動(dòng)力學(xué),但不能改變反應(yīng)的熱力學(xué)性質(zhì)平行反應(yīng)ABAC相繼反應(yīng)ABC

催化劑的選擇性作用也就是通過(guò)調(diào)節(jié)不同反應(yīng)的反應(yīng)速度來(lái)最大限度生成目的產(chǎn)物催化作用的選擇專一性ABC

例1：合成氣Cu/ZnORhNiFe，CoCH3OH乙醇，乙二醇CH4+H2O烷烴，烯烴例2：甲醇(二甲醚)烯烴MTG芳烴MTO催化作用的選擇專一性熱催化多相催化反應(yīng)物催化劑均相催化

液

液酶催化

液

膠體氣、液固其他類型催化：光（電、磁、微波、超聲波等）催化分類以金屬催化劑（Pt、Pd、Rh;Fe、Co、Ni；Cu、Ag、Au）為例：反應(yīng)分子主要在金屬表面上而不是在體相發(fā)生反應(yīng)棒箔粉負(fù)載金屬/多孔載體S表面積/克小大A活性/克

小大a活性/cm2基本不變納米級(jí)分散有量子尺寸效應(yīng)，比活性發(fā)生突變多相催化劑的表面作用載體（多孔材料）多相催化劑的表面作用活性碳SiO2Al2O3ZSM-5MCM-41S（平方米/克）>1000800300300-5001000體心立方鐵三個(gè)單晶面上的N2的分解速率Fe（111）>Fe(100)>Fe(110)32倍430倍六方錸單晶上合成氨速率Re（1120）>Re(0001)1000倍得益于表面科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，才能從原子水平上進(jìn)行觀測(cè)結(jié)構(gòu)敏感性ABDCA-B反應(yīng)物擴(kuò)散到表面反應(yīng)物吸附在表面在表面反應(yīng)產(chǎn)物脫附產(chǎn)物擴(kuò)散到氣相經(jīng)過(guò)上述過(guò)程完成一個(gè)催化循環(huán)，于是有一個(gè)選擇催化劑的原則：反應(yīng)產(chǎn)物分子和催化劑表面作用不強(qiáng)不弱活性中心載體多相催化的五個(gè)步驟資源前景：C，HCHOH2O催化發(fā)展方向光（電）催化及非常規(guī)場(chǎng)下的催化、仿生（模擬酶）催化及酶催化、環(huán)境催化，如零污染排放和污染高效處理。