Synthesis of Solid Catalysts

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出版者:
作者:de Jong, Krijn P. 编
出品人:
页数:422
译者:
出版时间:2009-7
价格:1737.00 元
装帧:
isbn号码:9783527320400
丛书系列:
图书标签:
  • 化学
  • 固体催化剂
  • 催化合成
  • 材料科学
  • 化学工程
  • 催化剂制备
  • 纳米材料
  • 表面化学
  • 多相催化
  • 绿色化学
  • 环境催化
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具体描述

This practical book combines recent progress with a discussion of the general aspects of catalyst preparation. The first part deals with the basic principles of solid catalyst preparation, explaining the main aspects of sol-gel chemistry and interfacial chemistry, followed by such techniques as co-precipitation and immobilization. New tools for catalyst preparation research, including microspectroscopy and high-throughput experimentation, are also taken into account. The second part heightens the practical relevance by providing six case studies on such topics as the preparation of zeolites, hydrotreating catalysts, methanol catalysts and gold catalysts

《固态催化剂的合成:原理、方法与应用》 本书旨在深入探讨固态催化剂的合成这一核心领域。固态催化剂作为现代化学工业的基石,其高效、选择性和稳定性的发展直接关乎能源转化、环境保护以及新材料的制造。本书将从基础理论出发,系统梳理当前固态催化剂合成的主要技术手段,并结合前沿研究成果,展望未来的发展方向。 第一章:固态催化剂的基础理论 本章将首先回顾催化剂的基本概念,包括催化剂的定义、作用机理以及催化循环。在此基础上,重点阐述固态催化剂的独特性质,例如其多相性、表面积、孔隙结构以及活性位点的分布等。我们将深入剖析这些性质如何影响催化性能,并介绍表征固态催化剂结构与性质的关键技术,如X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面积分析(BET)、X射线光电子能谱(XPS)等。理解这些基础理论是掌握固态催化剂合成的关键前提。 第二章:主流固态催化剂合成方法 本章将详尽介绍当前工业界和学术界广泛应用的各类固态催化剂合成方法。我们将分为以下几个部分进行阐述: 沉淀法与共沉淀法: 详细讲解通过控制溶液pH、温度、浓度等条件,诱导前驱体发生沉淀,形成目标催化剂前驱体的原理。共沉淀法则重点介绍如何同时沉淀多种组分,以获得均匀分散的活性组分。我们将讨论不同沉淀剂的选择、陈化过程的影响以及后处理步骤对催化剂形貌和结构的影响。 溶胶-凝胶法: 深入探讨溶胶-凝胶法在制备纳米晶体、多孔材料以及复合催化剂方面的优势。我们将解析水解、缩合反应的机理,以及醇盐、无机盐等不同前驱体的使用。本节还将重点介绍影响凝胶网络形成、干燥收缩以及最终氧化过程的关键参数,并展示其在制备高比表面积氧化物催化剂、分子筛等方面的成功案例。 浸渍法: 阐述将活性组分以溶液形式浸渍到载体材料中的原理。我们将讨论不同浸渍方式(如干法浸渍、湿法浸渍)的选择,以及影响金属负载量和分散度的关键因素,包括浸渍液浓度、pH值、浸渍时间以及载体的性质。本节还将介绍催化剂的焙烧和还原过程对活性组分形态和分散的影响。 担载法(Impregnation)与交换法(Ion Exchange): 详细阐述将活性组分通过物理吸附或化学键合的方式负载到载体上的机理。浸渍法已在上一节详细介绍,本节将侧重于担载法在金属催化剂、氧化物催化剂制备中的应用。离子交换法则将重点介绍如何利用离子交换树脂或沸石等载体,通过离子交换反应将活性阳离子或阴离子引入催化剂骨架。 水热/溶剂热合成法: 介绍在水或有机溶剂作为反应介质,在一定温度和压力下进行的合成方法。本节将深入分析反应物在溶剂中的溶解度、晶体成核与生长动力学,以及温度、压力、反应时间、溶剂种类和添加剂等对产物晶相、形貌和孔道结构的影响。该方法尤其适用于制备沸石、金属有机框架(MOFs)等结构复杂的催化剂。 机械化学合成法: 探讨通过机械研磨等方式,在固相状态下引发化学反应,实现催化剂合成的新兴技术。本节将介绍机械球磨、高能球磨等方法,以及其在制备固溶体、复合氧化物等方面的潜力,并讨论其在降低能耗、减少溶剂使用方面的优势。 微波辅助合成法: 介绍利用微波辐射作为加热源,显著缩短反应时间、提高反应效率的合成方法。本节将阐述微波加热的独特机制,以及其在促进纳米粒子生长、提高晶化度等方面的优势。 第三章:特定固态催化剂的合成与结构调控 本章将聚焦于几种重要的固态催化剂类别,深入探讨它们的合成策略以及如何通过合成手段调控其结构以优化催化性能。 多相金属催化剂: 重点关注负载型金属催化剂的合成,包括贵金属(Pt, Pd, Rh等)和过渡金属(Ni, Cu, Fe等)在氧化铝、硅胶、活性炭等载体上的制备。本节将讨论金属纳米颗粒的尺寸、形貌、分散度以及与载体的相互作用对催化剂活性的影响,并介绍提高金属纳米颗粒稳定性的策略。 氧化物催化剂: 详细介绍各类金属氧化物(如TiO2, Al2O3, SiO2, V2O5, MoO3等)的合成方法,包括单一氧化物和复合氧化物。我们将重点探讨氧化物的晶相、比表面积、孔道结构以及表面酸碱性对催化反应的影响,并介绍如何通过掺杂、形貌控制等手段来增强其催化性能。 分子筛催化剂: 深入研究沸石、介孔分子筛(如MCM-41, SBA-15)等材料的合成。本节将重点阐述模板剂在结构导向合成中的作用,以及不同模板剂的选择对分子筛孔道结构和拓扑结构的影响。同时,我们将讨论如何通过调整合成条件来控制晶体尺寸、改变Si/Al比例以及引入非骨架物种。 金属有机框架(MOFs)与共价有机框架(COFs): 介绍这两类新型多孔材料的构筑单元、合成策略(如溶剂热法、常温合成法)以及其在多相催化中的应用潜力。我们将重点讨论如何通过选择合适的有机连接体和金属节点来设计具有特定孔道结构和功能化位点的MOFs/COFs。 第四章:固态催化剂合成的挑战与前沿 本章将探讨当前固态催化剂合成领域面临的主要挑战,并展望未来的发展趋势。 纳米尺度结构控制: 强调精确控制催化剂活性位点的尺寸、形貌和空间分布的重要性,以及如何实现对纳米催化剂的精准合成。 高选择性与高稳定性: 探讨如何通过合成手段设计出具有高选择性、能够抑制副反应,同时具备优异热稳定性和化学稳定性的催化剂。 绿色与可持续合成: 关注环境友好型合成方法的发展,如水相合成、无溶剂合成、使用可再生原料等,以及如何降低合成过程中的能耗和废物排放。 原位合成与原位表征: 介绍在反应体系中直接合成催化剂,以及在反应条件下进行实时表征技术的发展,以更好地理解催化剂的形成过程与催化机理。 智能催化剂的设计与合成: 探讨设计能够响应外界刺激(如温度、光、电场)而改变催化活性的智能催化剂。 第五章:固态催化剂在关键领域的应用实例 本章将通过具体的工业应用案例,展示固态催化剂在各个领域的重要性。 能源转化: 如石油化工中的加氢、裂化、重整等过程,以及新能源领域的燃料电池、制氢、CO2转化等。 环境保护: 如汽车尾气净化、工业废气处理、水污染治理等。 精细化学品合成: 如医药中间体、农用化学品、高分子材料单体等的合成。 新材料制备: 如纳米材料、先进陶瓷、复合材料等的制备。 本书旨在为从事固态催化剂研究、开发和应用的科研人员、工程师以及相关专业的学生提供一本全面、深入且实用的参考书。通过对固态催化剂合成原理、方法、结构调控以及应用前景的系统阐述,期望能激发更多创新性的研究,推动固态催化剂技术的进步,为解决能源、环境和材料等领域的挑战贡献力量。

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这本书的章节安排,初看起来有些出乎意料,它似乎没有遵循传统催化剂合成教材中“先讲结构,后讲活性”的线性逻辑。相反,作者似乎更倾向于以“功能导向”来组织材料。开篇不久就深入探讨了特定工业反应(比如选择性氧化)对催化剂形貌的苛刻要求,然后才回溯去介绍实现这些形貌的合成策略。这种倒置的叙述方式,起初让我有些困惑,但很快我发现这极大地增强了阅读的代入感和目的性。每一种合成技术都不是孤立存在的,它们都被放置在一个具体的应用场景下来考量其合理性和局限性。这使得全书的理论讨论始终紧密围绕着“解决实际问题”这一核心目标。尤其是在高熵材料催化剂的合成部分,作者不仅详细介绍了掺杂策略,还巧妙地穿插了关于晶格应力如何影响电子结构进而影响催化性能的深入探讨。这种将合成工艺、结构调控、性能提升三者无缝衔接的叙事手法,极大地拓宽了我的研究视野,让我意识到合成工作绝不仅仅是“做出东西”那么简单,而是一个高度耦合的系统工程。

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这本书的封面设计,说实话,有点过于朴素了,给人一种浓厚的学术气息,让人忍不住要深吸一口气才能翻开。我本来期待能看到一些更具视觉冲击力的图像或者设计元素,毕竟“固态催化剂的合成”这个主题本身就充满了前沿科技感。翻开第一页,发现内容结构非常严谨,章节划分清晰,感觉作者是一位非常注重逻辑和体系构建的专家。深入阅读后,我注意到书中对实验细节的描述达到了惊人的程度,几乎每一个步骤、每一种试剂的纯度、甚至反应器设计中的微小调整,都有详尽的记录。这对于我们这些在实验室里摸爬滚打的同行来说,简直就是一份宝贵的“操作手册”。它不像某些教材那样浮于表面,而是真正深入到了操作层面,很多我在实际工作中遇到的疑难杂症,都能在这本书里找到对应的理论支撑和解决方案的影子。特别是关于高活性位点调控的部分,作者采用了多角度的阐释,结合了量子化学计算的结果和实际的催化性能数据,这种跨学科的融合处理,极大地提升了内容的深度和说服力。可以说,这本书的价值,不仅在于知识的传授,更在于它提供了一种严谨、细致、可复现的研究范式。

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我必须承认,这本书的阅读体验,更像是一场与时间赛跑的智力挑战,而非轻松愉快的知识之旅。语言风格极其凝练,充满了专业术语和复杂的化学方程式,对于非本领域的读者来说,门槛高得有些吓人。我花了大量时间去查阅那些夹杂在正文中的缩写和背景知识,感觉自己像是在破译一份高度加密的科技档案。不过,一旦你跟上了作者的思路,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。书中对不同合成方法的优劣势对比分析,可谓是鞭辟入里,绝不含糊其辞。比如,在讨论溶剂热法合成纳米结构催化剂时,作者不仅列举了常见的缺陷和局限性,还独辟蹊径地提出了一种基于微乳液模板的改进路径,这种创新性的思路在其他同类书籍中是极为罕见的。我特别欣赏作者在描述复杂现象时,总是能用最精炼的语言勾勒出核心机制。这表明作者对该领域的基础理论有着极其深刻的理解,能够洞察到现象背后的本质规律,而不是简单地堆砌实验结果。这本书无疑是为已经具备一定专业基础的研究人员量身打造的,它不是用来入门的,而是用来精进的。

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阅读此书的过程,我最大的感受是它强烈的“前沿引领性”。书中讨论的很多合成技术和表征手段,明显是近五年内才在顶级期刊上崭露头角的。作者似乎拥有一个极其敏锐的雷达,能够迅速捕捉到材料科学领域最新涌现出的合成趋势,并将其系统化地纳入到固态催化剂的框架体系中。例如,关于原子层沉积(ALD)在设计多层核壳结构催化剂方面的应用,书中不仅介绍了ALD的基本原理,更详细阐述了如何通过精确控制沉积循环次数来调控活性层厚度,从而实现对催化剂表面能的精细调控。这种对最新技术的消化和整合能力,让这本书的保鲜期显得格外长久。它不是对已有知识的简单复述,而是对未来研究方向的深度预测和方法论构建。对于希望走在学术前沿的研究者而言,这本书更像是一份未来三到五年的“技术路线图”,它指导着我们应该在哪里投入精力,哪些方向最具突破潜力。尽管阅读过程需要高度集中精力,但收获的知识广度和深度,绝对值回了所有的付出,它实实在在地提升了我对整个学科的认知水平。

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坦白说,这本书的配图质量,尤其是那些扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)的图像,略显粗糙,分辨率似乎停在了上个世纪末的标准。在如今高清图像盛行的时代,这确实让人感到一丝遗憾。很多关键的微观形貌信息,需要我反复放大、仔细辨认才能捕捉到。如果作者能投入更多资源对这些关键图谱进行优化和重新绘制,这本书的直观性和教学价值将会有质的飞跃。然而,撇开图像不谈,书中对数据图表的分析却极为精彩。作者对反应动力学曲线的解读异常精准,对于不同温度和压力下的转化率变化趋势,总能给出令人信服的化学解释,很少使用那种模糊不清的描述性语言。比如,他对催化剂失活机制的分类讨论,就非常系统化,从积碳失活到烧结失活,再到活性组分浸出,每一种失活模式都配有相应的定量分析模型。这种对过程数据的精细化处理,显示出作者对实验严谨性的极致追求,也弥补了部分视觉上的不足,让读者更专注于数字和趋势本身。

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