定 價(jià)：98 元
叢書名：中國(guó)科學(xué)院研究生教學(xué)叢書
- 作者：辛勤，羅孟飛主編
- 出版時(shí)間：2009/4/1
- ISBN：9787030243775
- 出 版 社：科學(xué)出版社
- 中圖法分類：TQ426
- 頁(yè)碼：504
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開(kāi)本：16K
《現(xiàn)代催化研究方法》在《固體催化劑研究方法》一書的基礎(chǔ)上，精選了十種最通用、最基本的方法，并增加了近十年的主要進(jìn)展成果形成《現(xiàn)代催化研究方法》。全書包括催化劑的宏觀物性測(cè)定、分析電子顯微鏡方法、熱分析方法、X射線衍射分析、化學(xué)吸附和程序升溫技術(shù)、分子光譜方法、核磁共振方法、光電子能譜方法、多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。
《現(xiàn)代催化研究方法》可作為催化及材料專業(yè)碩士、博士研究生必讀教材，也可作為相關(guān)專業(yè)科研技術(shù)人員的參考書。
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本書在《固體催化劑研究方法》一書的基礎(chǔ)上，精選了十種最通用、最基本的方法，并增加了近十年的主要進(jìn)展成果形成本書。全書包括催化劑的宏觀物性測(cè)定、分析電子顯微鏡方法、熱分析方法、X射線衍射分析、化學(xué)吸附和程序升溫技術(shù)等。 本書可作為催化及材料專業(yè)碩士、博士研究生必讀教材。
目錄
前言
第1章 物理吸附和催化劑的宏觀物性測(cè)定 1
1.1 吸附與物理吸附 1
1.1.1 固氣表面上的吸附 1
1.1.2 物理吸附的理論模型 9
1.2 宏觀物性測(cè)定 24
1.2.1 表面積 24
1.2.2 孔體積和孔徑分布 31
1.2.3 顆粒度測(cè)定 41
1.2.4 密度測(cè)定 53
1.2.5 催化劑機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)定 55
參考文獻(xiàn) 57
第2章 透射電子顯微鏡 60
2.1 透射電子顯微鏡簡(jiǎn)介 61
2.1.1 電子槍 62
2.1.2 照明系統(tǒng) 63
2.1.3 物鏡 64
2.1.4 中間鏡和投影鏡 65
2.1.5 記錄系統(tǒng) 65
2.2 電子衍射和成像 66
2.2.1 電子物質(zhì)相互作用 66
2.2.2電子衍射 67
2.2.3 透射電子顯微鏡成像 72
2.3 掃描透射電子顯微鏡 80
2.4 分析電子顯微鏡 83
2.4.1 X射線能譜 83
2.4.2 電子能量損失譜 86
2.5 電子顯微鏡中樣品的輻射損傷 88
2.6 電子顯微鏡在多相催化中的應(yīng)用 90
2.6.1 試樣的制備 90
2.6.2 催化劑粒子大小分布 90
2.6.3 金屬納米顆粒的原子結(jié)構(gòu) 92
2.6.4 二元金屬粒子的化學(xué)組分和結(jié)構(gòu) 95
2.6.5 金屬載體相互作用 98
2.6.6 催化劑表面結(jié)構(gòu) 103
2.6.7 過(guò)渡族金屬氧化物催化劑 105
2.6.8 電子能量損失譜在研究催化材料中的應(yīng)用 108
2.7 新型透射電鏡 111
2.7.1 球差修正的透射電鏡/掃描透射電鏡 111
2.7.2 高能量分辨率掃描透射電子顯微鏡 112
2.7.3 三維電子顯微技術(shù) 114
2.7.4 電子全息成像 115
2.7.5 原位環(huán)境透射電子顯微鏡 116
2.8 透射電子顯微鏡的局限性及應(yīng)注意的事項(xiàng) 117
2.9 結(jié)束語(yǔ) 118
參考文獻(xiàn) 119
第3章 熱分析方法 123
3.1 熱分析的分類 123
3.2 幾種常用的熱分析技術(shù) 125
3.2.1 熱重法 125
3.2.2 差熱分析 127
3.2.3 差示掃描量熱法 128
3.2.4 溫度調(diào)制式差示掃描量熱法 129
3.3 熱分析動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介 131
3.4 熱分析在催化研究中的應(yīng)用 132
3.4.1 催化劑性能方面的研究 132
3.4.2 動(dòng)力學(xué)研究 139
3.4.3 純桂分子篩結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)研究 142
3.5 熱分析聯(lián)用技術(shù) 143
3.5.1熱重分析與FTIR光譜儀聯(lián)用 143
3.5.2 熱重分析與質(zhì)譜儀聯(lián)用技術(shù) 145
3.5.3 熱重-紅外-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù) 146
3.6 熱分析實(shí)驗(yàn)技巧 148
3.6.1升溫速率的影響 148
3.6.2 樣品用量的控制 148
3.6.3 氣氛的選擇 149
3.6.4 坩堝加蓋與否的選擇 150
3.6.5 DSC 基線 150
3.7 結(jié)束語(yǔ) 151
參考文獻(xiàn) 154
第4章 X射線衍射分析 156
4.1 XRD的基本概念與基本原理 156
4.1.1晶體的對(duì)稱性 156
4.1.2 晶胞及晶胞的兩個(gè)基本要素 156
4.1.3 晶面和晶面指標(biāo) 157
4.1.4 晶體對(duì)X射線的衍射 158
4.1.5 布拉格方程 158
4.1.6晶面間距與晶胞參數(shù) 158
4.1.7 電子的散射強(qiáng)度和原子的散射因子 159
4.1.8衍射強(qiáng)度與晶胞中原子的分布 160
4.1.9 X射線光源形成機(jī)制 160
4.1.10物相分析 161
4.1.11 平均晶粒度的測(cè)定 161
4.2 XRD在催化材料研究中的應(yīng)用 162
4.2.1物相結(jié)構(gòu)分析 163
4.2.2 氧化招的相含量估算 167
4.2.3 三氧化鉬還原過(guò)程中晶相演變的原位XRD分析 169
4.2.4 中孔材料的小角度XRD分析 171
4.2.5 催化劑晶粒度與分散度測(cè)定 173
4.2.6 XRD圖譜的全譜結(jié)構(gòu)擬合分析 181
4.2.7 鐵鉻固溶體的固溶度 183
4.2.8 分子篩硅鋁比 185
參考文獻(xiàn) 186
第5章 化學(xué)吸附和程序升溫技術(shù) 189
5.1 化學(xué)吸附的基本原理 190
5.1.1 化學(xué)吸附過(guò)程簡(jiǎn)單的熱力學(xué)討論 190
5.1.2 吸附速率 191
5.1.3 脫附速率 192
5.2 化學(xué)吸附的基本規(guī)律——3種模型的吸附等溫式 192
5.2.1 Langmuir 吸附等溫式 192
5.2.2 Freundlich 吸附等溫式 193
5.2.3 Temkin吸附等溫式 194
5.3 動(dòng)態(tài)分析方法理論 195
5.3.1 程序升溫脫附基本原理 195
5.3.2 TPD實(shí)驗(yàn)裝置和圖譜定性分析 196
5.3.3 TPD過(guò)程中動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定 197
5.3.4 還原過(guò)程基本原理 199
5.3.5 程序升溫氧化原理 202
5.3.6 程序升溫表面反應(yīng) 202
5.4 TPD技術(shù)在催化劑表面酸堿性和氧化還原性能研究中的應(yīng)用 203
5.4.1 NH3、C2H4和1-C4H8 TPD研究含硼分子篩的酸性質(zhì) 203
5.4.2 脫鋁MCM49分子篩的結(jié)構(gòu)、酸性及苯與丙烯液相烷基化催化性能 206
5.4.3 摻Ag對(duì)氧化錳八面體分子篩催化CO氧化性能的影響 207
5.5 TPR、TPO技術(shù)在催化劑氧化還原性能研究中的應(yīng)用 209
5.5.1 Cu0-Ce02催化劑中CuO物種的確認(rèn) 209
5.5.2 Ce-Ti-0固溶體的氧化還原性能表征 211
5.5.3 Pd0/Ce02催化劑的還原性能 213
5.5.4 V205/Ti02催化劑的氧化還原性能研究 215
5.5.5 鈷/氧化鋁催化劑表面積碳研究 216
5.6 TPSR技術(shù)在催化劑機(jī)理研究中的應(yīng)用 218
參考文獻(xiàn) 219
第6章 拉曼光譜方法 221
6.1 拉曼光譜原理簡(jiǎn)述 221
6.1.1 拉曼光譜的發(fā)展歷史 221
6.1.2 拉曼光譜的基本理論 222
6.1.3 熒光的發(fā)生機(jī)制 224
6.1.4 傳統(tǒng)拉曼光譜遇到的困難和解決方法 224
6.2 拉曼光譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)驗(yàn)展 226
6.2.1 激光光源 226
6.2.2 外光路系統(tǒng) 227
6.2.3 樣品池 227
6.2.4 單色儀 228
6.2.5 檢測(cè)和記錄系統(tǒng) 229
6.3 拉曼光譜在催化研究領(lǐng)域中的應(yīng)用 229
6.3.1 金屬氧化物催化劑 230
6.3.2 負(fù)載型金屬氧化物催化劑 231
6.3.3負(fù)載型金屬硫化物 236
6.3.4 分子篩 236
6.3.5 表面吸附研究 243
6.3.6 原位反應(yīng)研究 244
6.4 最新艦 246
6.4.1 共振拉曼光譜 246
6.4.2 傅里葉變換拉曼光譜 247
6.4.3 表面增強(qiáng)拉曼光譜 248
6.4.4 共焦顯微拉曼光譜 250
6.4.5 紫外拉曼光譜 252
6.5 展望 269
參考文獻(xiàn) 270
第7章 原位紅外光譜方法 276
7.1 紅外光譜的基本原理和獲取原位紅外光譜的方法 278
7.1.1 透射紅外吸收光譜 278
7.1.2 漫反射紅外光譜 284
7.1.3 紅外發(fā)射光譜 285
7.2 吸附分子的特征和它的紅外光譜詮釋 287
7.3 紅外光譜應(yīng)M于金屬催化劑表征 292
7.3.1 催化劑表面組成的測(cè)定 292
7.3.2 幾何效應(yīng)和電子效應(yīng)的研究 295
7.3.3 吸附分子相互作用研究 299
7.4 紅外光譜方法應(yīng)用于氧化物、分子篩催化劑的表征研究 301
7.4.1 體相氧化物的結(jié)構(gòu)和活性相研究 301
7.4.2 表面輕基的研究 307
7.4.3 固體表面酸性的測(cè)定 314
7.4.4 氧化物表面氧物種研究和低碳經(jīng)的活化 321
7.4.5 室溫下甲烷在Zn/ZSM-5上吸附、活化、反應(yīng)研究 323
7.5 加氫精制催化劑活性相和助劑作用研究（硫化物催化劑） 325
7.5.1 Mo03/A1203的表面結(jié)構(gòu)及狀態(tài) 325
7.5.2 Co對(duì)Mo/A1203表面狀態(tài)的影響 327
7.5.3 W03/A1203的表面結(jié)構(gòu)及狀態(tài) 327
7.5.4 加氫脫硫催化劑活性相研究 328
7.6 原位紅外光譜應(yīng)用于反應(yīng)機(jī)理的研究 331
7.6.1 HC00H在A1203 (ZnO)催化劑上的分解機(jī)理 331
7.6.2 利用DRIFT和TPSR技術(shù)研究甲醇的合成 333
7.6.3 甲醇合成中助劑乙醇的作用 335
7.7 紅外合頻技術(shù)用催化劑表征研究 342
參考文獻(xiàn) 344
第8章 核磁共振方法 347
8.1 固體髙分辨核磁共振技術(shù)：MAS和CP/MAS NMR 347
8.1.1 固體NMR的發(fā)展過(guò)程 348
8.1.2 MAS NMR 349
8.1.3 CP/MAS NMR 實(shí)驗(yàn) 349
8.1.4 高功率1H去偶技術(shù) 350
8.2 分子篩結(jié)構(gòu)的MAS NMR研究 350
8.2.1 29Si MAS NMR 研究 351
8.2.2 27 AI MAS NMR 研究 353
8.2.3 170 MAS NMR 譜 355
8.2.4 31 P MAS NMR譜357
8.2.5 47,49Ti MAS NMR 358
8.3 固體NMR在催化劑酸性研究中的應(yīng)用 359
8.3.1 1H MAS NMR技術(shù)研究催化劑表面不同結(jié)構(gòu)的OH基 359
8.3.2 酸強(qiáng)度測(cè)定 360
8.3.3 利用探針?lè)肿犹綔y(cè)催化劑表面的Lewis酸中心 362
8.4 催化劑表面吸附分子的NMR研究 362
8.4.1 分子篩晶體孔道中吸附有機(jī)物的化學(xué)狀態(tài) 362
8.4.2 分子篩吸附探針?lè)肿?29Xe的NMR研究 363
8.5 分子篩和分子篩催化反應(yīng)的原位MAS NMR研究 368
8.5.1 原位MAS NMR研究方法 368
8.5.2 原位MAS NMR研究催化反應(yīng)機(jī)理 369
8.6 MAS NMR技術(shù)研究結(jié)炭引起的分子篩失活 372
8.6.1 13C MAS NMR研究分子篩結(jié)炭 373
8.6.2 29Si和27A1 MAS NMR研究分子篩結(jié)炭 374
8.6.3 1 H MAS NMR 研究結(jié)炭 376
8.6.4 吸附氙的129Xe NMR研究結(jié)炭 376
8.7 結(jié)束語(yǔ) 378
參考文獻(xiàn) 378
第9章 X射線光電子能譜 381
9.1 X射線光電子能譜的進(jìn)展 381
9.2 X射線光電子能譜原理簡(jiǎn)介 384
9.2.1 光電子能譜主峰 385
9.2.2 光電子能譜次峰 385
9.2.3 光電子能譜中的自旋軌道分裂峰 385
9.2.4 光電子能譜中的俄歇電子峰 386
9.2.5 光電子能譜中的震激峰 387
9.2.6 光電子能譜中的能量損失峰 387
9.2.7 光電子能譜中的價(jià)電子峰 388
9.2.8 光電子能譜中的X射線衛(wèi)星峰 389
9.2.9 光電子能譜中的本底 390
9.2.10 弛豫效應(yīng) 390
9.2.11 光電子能譜主峰的化學(xué)位移 392
9.3 X射線光電子能譜儀簡(jiǎn)介與實(shí)驗(yàn)技術(shù) 393
9.3.1 XPS能譜儀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 395
9.3.2 XPS能譜儀的實(shí)驗(yàn)技術(shù) 396
9.4 X射線光電子能譜的定性分析 397
9.5 X射線光電子能譜定量分析 398
9.6 XPS 的應(yīng)用 399
9.6.1 X射線光電子能譜在分子表面催化中的應(yīng)用 400
9.6.2 X射線光電子能譜在表面薄膜中的應(yīng)用 405
9.6.3 X射線光電子能譜在有機(jī)化合物和聚合物中的應(yīng)用 411
9.6.4 X射線光電子能譜在生物科學(xué)中的應(yīng)用 417
9.7 X射線光電子能譜的最新進(jìn)展 425
參考文獻(xiàn) 426
第10章 多相催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 429
10.1 一般動(dòng)力學(xué)概念 430
10.1.1 化學(xué)計(jì)量方程和化學(xué)計(jì)量數(shù) 430
10.1.2 基元反應(yīng)、反應(yīng)途徑和總包反應(yīng) 431
10.1.3 反應(yīng)度、反應(yīng)速率、速率方程及動(dòng)力學(xué)參數(shù) 431
10.1.4 轉(zhuǎn)換數(shù)和轉(zhuǎn)換頻率 432
10.1.5 碰撞理論和過(guò)渡態(tài)理論 432
10.1.6 理想反應(yīng)器中的反應(yīng)速率 434
10.1.7 活塞流管式反應(yīng)器中簡(jiǎn)單反應(yīng)的積分式速率方程 435
10.1.8 復(fù)雜反應(yīng)的速率方程及其解析 437
10.2 吸附和多相催化反應(yīng)速率方程 442
10.2.1 吸附與吸附等溫方程 442
10.2.2 速率控制步驟 443
10.2.3 雙曲線式多相催化速率方程 443
10.2.4 冪式多相催化速率方程 446
10.3 多相催化動(dòng)力學(xué)模型的建立和檢驗(yàn) 448
10.3.1 催化動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)處理 448
10.3.2 動(dòng)力學(xué)模型的線性和非線性回歸分析 449
10.3.3 動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)回歸分析實(shí)例 451
10.3.4 動(dòng)力學(xué)模型判別準(zhǔn)則與方法 454
10.3.5 非均勻表面上的催化動(dòng)力學(xué)方程 456
10.4 多相催化中的傳遞過(guò)程 457
10.4.1 流體與催化劑外表面間的傳遞過(guò)程 457
10.4.2 簡(jiǎn)化的恒溫粒內(nèi)傳質(zhì)過(guò)程及對(duì)反應(yīng)活化能和反應(yīng)級(jí)數(shù)的影響 459
10.4.3 復(fù)雜情況下恒溫粒內(nèi)傳質(zhì)過(guò)程 462
10.4.4 非恒溫反應(yīng)中的有效因子 464
10.5 動(dòng)力學(xué)測(cè)定方法和實(shí)驗(yàn)裝置 465
10.5.1 實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器 465
10.5.2 內(nèi)擴(kuò)散參數(shù)的測(cè)定 470
10.5.3 速率方程中吸附參數(shù)的測(cè)定——過(guò)渡應(yīng)答法 473
10.5.4 本征動(dòng)力學(xué)區(qū)的確定和排除傳遞過(guò)程干擾 475
10.6 非穩(wěn)態(tài)催化過(guò)程動(dòng)力學(xué) 478
10.6.1 積碳失活反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 478
10.6.2 催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)中的多穩(wěn)態(tài)與振蕩 480
10.6.3 非穩(wěn)態(tài)催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法——SSITKA 481
10.6.4 非穩(wěn)態(tài)催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方法——TAP 482
10.7 結(jié)論 483
參考文獻(xiàn) 487
附錄1 質(zhì)譜儀用于催化表征和反應(yīng)物/產(chǎn)物研究 489
附錄2 催化領(lǐng)域的期刊及會(huì)議論文集 502
第1章 物理吸附和催化劑的宏觀物性測(cè)定
多相催化研究的一個(gè)根本問(wèn)題就是固體催化劑的催化性能與它的物理和化學(xué)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)。催化劑的物理性質(zhì)主要包括其表面積、孔結(jié)構(gòu)和機(jī)械性質(zhì)等。
多相催化反應(yīng)發(fā)生在固體催化劑的表面，為了獲得單位體積或質(zhì)量最大的反應(yīng)活性，大多數(shù)催化劑被制成多孔，以提高其表面積。然而催化劑內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)和孔徑大小分布不但會(huì)引起擴(kuò)散阻礙，影響催化劑的活性和選擇性，而且還會(huì)影響催化劑的機(jī)械性質(zhì)和壽命。
固體催化劑的表面積和孔結(jié)構(gòu)是表征催化劑性能的重要參數(shù)，二者都可以通過(guò)物理吸附來(lái)測(cè)量。
1.1 吸附與物理吸附
互不相混溶的兩相接觸所形成的過(guò)渡區(qū)域稱為界面（interface），吸附作用發(fā)生在兩相界面上。有氣體參與形成的界面通常稱為表面（surface），多相催化研究最關(guān)心的是固氣表面的吸附。
1.1.1 固氣表面上的吸附
1.吸附現(xiàn)象以及有關(guān)的概念
當(dāng)一定量的氣體或蒸氣與潔凈的固體接觸時(shí)，一部分氣體將被固體捕獲，若氣體體積恒定，則壓力下降，若壓力恒定，則氣體體積減小。從氣相中消失的氣體分子或進(jìn)入固體內(nèi)部，或附著于固體表面，前者被稱為吸收（absorption），后者被稱為吸附（adsorption）。吸收和吸附統(tǒng)稱為吸著（sorption）。多孔固體因毛細(xì)凝聚（capillary con.densation）而引起的吸著作用也視為吸附作用。
能有效地從氣相吸附某些組分的固體物質(zhì)稱為吸附劑（adsorbent）。在氣相中可被吸附的物質(zhì)稱為吸附物（adsorptive），已被吸附的物質(zhì)稱為吸附質(zhì)（adsorbate）。有時(shí)吸附質(zhì)和吸附物可能是不同的物種，如發(fā)生解離化學(xué)吸附時(shí)。
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