催化作用原理课程教学大纲

英文名称：Catalysis Principles 课程编码：10110310

学 时：32 学 分： 2

课程性质：专业限选课 课程类别：理论课

先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学

开课学期：第五学期

适用专业：化学工程与工艺

一、课程的性质与任务

本课程是化学工程与工艺专业的专业限选课。

本课程的教学任务是：使学生理解催化剂与催化作用的基础知识，掌握酸碱催化剂、金属及过渡金属氧化物催化剂、络合催化剂等几种典型催化剂的催化作用原理，了解环境催化的特点及研究内容，使学生具备有关催化剂合成、表征与测试的基础知识及基本技能，使学生了解本学科的最新发展动态。

二、教学目标与要求

使学生了解有关催化剂与催化作用的基础知识，掌握酸碱催化剂、金属及过渡金属氧化物催化剂、络合催化剂等重要工业催化剂的催化反应原理，了解环境催化等本学科及交叉学科的发展动态。使学生具备有关催化剂的合成、表征与测试等基本理论知识，了解相关的研究方法，培养学生分析和解决催化剂制备技术中各种实际问题的能力，以适应社会对于化工专业人才的需求。

三、课程的基本内容与教学要求

第一章 催化剂与催化作用的基础知识

[教学目的与要求]：

了解催化剂与催化作用的基本特征、催化反应的分类等基础知识，明确固体催化剂的组成与结构，催化剂的反应性能及对工业催化剂的要求等。

[本章主要内容]：

1.1 催化剂与催化作用的特征

1.2 催化反应和催化剂的分类

1.3 固体催化剂的组成与结构

1.4 催化剂的反应性能

1.5 多相催化反应体系分析

[本章重点]：

1．催化剂与催化作用的基本特征

2．多相催化反应体系中的物理过程与化学过程分析

[本章难点]：

缔合活化催化循环和非缔合活化催化循环

第二章 催化剂的表面吸附与孔内扩散

[教学目的与要求]：

了解有关固体表面吸附的基本概念，掌握物理吸附与化学吸附的特性、化学吸附的类型、化学吸附态和吸附平衡的两种表示方法，了解催化剂的表面积及其测定方法，了解催化剂重要孔结构参数的类型及测定方法，了解孔内扩散的类型及影相因素等。

[本章主要内容]：

2.1 催化剂的物理吸附与化学吸附

2.2 化学吸附类型和化学吸附态

2.3 吸附平衡与等温方程

2.4 催化剂的表面积及其测定

2.5 催化剂的孔结构与孔内扩散

[本章重点]：

1．催化剂的物理吸附与化学吸附

2．催化剂的表面积、孔结构及其测定方法

[本章难点]：

吸附等温方程的意义及其应用

第三章 酸碱催化剂及其催化应用

[教学目的与要求]：

理解酸和碱定义、酸碱催化剂的应用及其类型，掌握固体酸碱的性质及其测量方法，重点掌握酸碱催化剂的催化机理，了解沸石分子筛催化剂的结构、特点、分类及其催化作用。

[本章主要内容]：

3.1 酸碱催化剂的应用及其类型

3.2 酸碱定义及酸碱中心形成

3.3 固体酸的性质及其测量

3.4 酸碱催化反应机理

3.5 沸石分子筛催化剂及其催化作用

[本章重点]：

1．均相和多相酸催化反应机理

2．沸石分子筛催化剂的结构、特点及其催化作用

[本章难点]：

1．固体酸性质的测量原理及方法

2．沸石分子筛催化剂的孔道结构及其酸性质调变

第四章 金属催化剂及其催化作用

[教学目的与要求]：

熟悉金属催化剂的应用及其特征，重点掌握金属催化剂电子因素、晶体结构与催化作用的关系，掌握金属及负载型金属催化剂及其催化作用。

[本章主要内容]：

4.1 金属催化剂的应用及其特征

4.2 金属催化剂的电子因素与催化作用的关系

4.3 金属催化剂的晶体结构与催化作用的关系

4.4 负载型金属催化剂及其催化作用

4.5 合金催化剂及其催化作用

[本章重点]：

1．金属催化剂的电子因素对其催化性能的影响

2．金属催化剂的晶体结构对其催化性能的影响

[本章难点]：

负载型金属催化剂的分散度概念及其与催化性能的关系

第五章 过渡金属氧化物催化剂及其催化作用

[教学目的与要求]：

了解过渡金属氧化物催化剂的应用及氧化物的类型，掌握半导体催化剂的化学吸附与半导体电子催化理论，理解过渡金属氧化物催化剂的氧化还原机理。

[本章主要内容]：

5.1 过渡金属氧化物催化剂的应用及类型

5.2 金属氧化物中的缺陷和半导体性质

5.3 半导体催化剂化学吸附与半导体电子催化理论

5.4 过渡金属氧化物催化剂的氧化还原机理

5.5 过渡金属氧化物中晶体场的影响

[本章重点]：

1．半导体催化剂的电子催化理论及其应用

2．过渡金属氧化物催化剂的氧化还原机理及其反应实例

[本章难点]：

1．过渡金属氧化物中晶体场理论

2．晶体场稳定化能的概念

第六章 络合催化剂及其催化作用

[教学目的与要求]：

了解络合催化剂的应用，对络合催化剂的形成与络合物的反应有进一步的认识，掌握络合空位的形成、反应物的活化和络合催化剂的调变，理解络合催化反应机理及其典型催化反应实例等内容。

[本章主要内容]：

6.1 络合催化剂的应用及化学成键作用

6.2 络合催化剂的形成与络合物的反应

6.3 络合空位的形成、反应物的活化和络合催化剂的调变

6.4 络合催化机理

[本章重点]：

1．络合催化剂的配位体类型与络合物的反应

2．络合空位的形成、反应物的活化和络合催化剂的调变

3．络合催化机理

[本章难点]：

1．络合催化剂对反应物的活化

2．络合催化剂的调变

第七章 催化剂的制备、使用、表征与测试

[教学目的与要求]：

详细了解沉淀、浸渍、还原、热分解、离子交换等传统催化剂制备方法，掌握有关催化剂的积碳、中毒、烧结等失活原因及催化剂的再生方法。了解采用X射线衍射、红外光谱、紫外-可见光谱分析等技术进行催化剂物理性能测试的原理，了解催化剂的催化反应性能评价装置与过程。

[本章主要内容]：

7.1 催化剂的制备方法

7.2 催化剂的失活与再生

7.3 催化剂的表征与测试

[本章重点]：

1．催化剂的几种重要制备方法

2．催化剂的失活类型及其再生方法

[本章难点]：

几种催化剂表征与测试方法的原理与方法

第八章 环境催化

[教学目的与要求]：

了解环境催化的特点和研究内容，重点掌握机动车尾气净化催化技术、脱硫、脱氮技术及CO2的催化治理技术，了解氯氟烃的催化治理和水污染治理方法，了解清洁燃料的生产和绿色催化技术的开发等。

[本章主要内容]：

8.1 环境催化的特点和研究内容

8.2 机动车尾气净化催化技术

8.3 脱硫、脱氮技术

8.4 CO2和氯氟烃的催化治理

8.5 水污染治理

8.6 清洁燃料的生产和绿色催化技术的开发

[本章重点]：

1．机动车尾气净化催化剂-三效催化剂的组成和发生的反应

2．对烟道气进行脱硫和脱氮的反应及所使用的催化剂

[本章难点]：

光催化氧化法治理水污染的原理及设备

四、课程学时分配

五、课程习题课（讨论课）的要求

无。

六、实验内容与要求

无。

七、教学方法及手段（含现代化教学手段）

本课程教学活动所运用的主要教学手段和方法是理论教学和运用多媒体课件相结合。

八、课程考核方式

本课程是考试课，考试的形式采用开卷。本课程成绩评定按考试成绩确定。

九、课程教材及主要参考书

[课程教材]：

《催化剂与催化作用》第三版，王桂茹主编，大连理工大学出版社；2007年。

[课程主要参考书]：

1．《催化剂工程》，储伟主编，四川大学出版社，2006年。

2．《绿色催化过程与工艺》，王延吉，赵新强编著， 化学工业出版社，2002年。

3．《催化剂工程导论》，王尚弟，孙俊权著，化学工业出版社，2001年。

4．《实用催化》，高正中编著，化学工业出版社，1996年。

5．《工业催化》，黄仲涛主编，化学工业出版社，1994年（2001年再版）。

6．《催化剂表征与测试》，J. R. 安德森，K. C. 普拉特著，庞礼，李琬，李国英，王建国译，烃加工出版社，1989年。

制定人：王丽琴

审定人：王丽琴

批准人：邵光杰

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