1、化学与分子科学学院化学与分子科学学院工业催化理论及应用工业催化理论及应用1.本课程基本内容本课程基本内容 催化剂制备催化剂制备与表征技术与表征技术各类催化剂各类催化剂及其催化作用及其催化作用工业催化剂工业催化剂发展简史发展简史催化作用催化作用基本原理基本原理能源环境催化能源环境催化催化新材料催化新材料催化新技术催化新技术2.第一章 绪论第二章 催化作用与催化剂第三章 吸附作用与多相催化第四章 各类催化剂及其催化作用 第五章 环境保护催化与环境友好催化第六章 未来能源和燃料工业用催化技术第七章 新材料合成用催化技术和具有突异催化性能的新材料第八章 生物催化技术*第九章 工业催化剂的制备与使用第十
2、章 工业催化剂的设计第十一章 工业催化剂的评价与宏观物性的测试第十二章 催化剂表征的现代物理方法简介 本课程基本内容本课程基本内容 教材：教材：工业催化工业催化（第二版），黄仲涛、耿建铭（第二版），黄仲涛、耿建铭 编著，化学工业出版社（编著，化学工业出版社（2006）。）。总成绩总成绩=期末考试成绩（期末考试成绩（50%）+平时成绩（平时成绩（20%）+论文（论文（30%）论文是一篇关于论文是一篇关于“催化在各自领域中的研究与应用现状催化在各自领域中的研究与应用现状”的综述性文章。的综述性文章。3.（1）工业催化基础赵光 编 哈尔滨工程大学出版社 1999年（2）应用催化基础吴越著 化学工业出
3、版社 2008年（3）Heterogeneous Catalysis In Industrial Practice Second Edition-Charles N.Satterfield,McGraw-Hill,Inc.(实用多相催化）（4）Heterogeneous Catalysis Principles and Applications-G.C.Bond,Oxford Science publications催化学报、石油化工、分子催化、工业催化和化学反应工程与工艺、化工学报和高校化学工程学报等中文期刊AIChE Journal、Journal of Catalysis、Applied
4、 Catalysis A,B,C Catalysis Today、Chemical Engineering Science参参 考考 书书 目目 4.课程的主要任务工业催化的发展简史催化发展新领域当前催化科学研究的重要方向第一章第一章 绪论绪论 5.绪 论 本课程的主要任务 掌握催化作用的基本规律，了解催化过程的化学本质和熟悉工业催化技术的基本要求和特征，并能够将新型催化剂开发原理运用到资源的化工利用、化学制药、环境保护、生物工程技术、新材料和新能源等工业领域。为培养化工工艺类专业工程师提供坚实的理论基础。6.自然界催化现象普遍存在（自然界催化现象普遍存在（1 1）7.自然界催化现象普遍存在（
5、自然界催化现象普遍存在（2 2）人的生命过程维持人体新陈代谢过程8.自然界催化现象普遍存在（自然界催化现象普遍存在（3 3）植物的光合作用9.自然界催化现象普遍存在（自然界催化现象普遍存在（4 4）牛吃的是草，产的是奶10.工业界催化无处不在工业界催化无处不在90%的化工过程与催化有关 催化是现代化学工业的基础一点不过分美国GDP中与催化有关占20%，1998年用催化剂13亿美元，而产品价值达万亿美元，对国民经济贡献巨大。全球催化剂市场增长11.催化应用十大领域催化应用十大领域军工生物化工制药化工环保天然气化工精细化工石油化工石油炼制无机化工煤化工催化应用人体健康手性催化氧化可再生能源1918
6、年哈伯合成NH3 硫酸硝酸合成氨聚烯烃芳烃1973年金属有机催化TNT肼分解燃料电池硝基胍源头事后（尾气）H2、甲醇、二甲醚、FT合成催化裂化重整加氢裂化加氢精制12.化学工业的发展与催化剂的应用是密不可分的。化学工业的发展与催化剂的应用是密不可分的。20世纪30年代以前20世纪3080年代20世纪8090年代至今属于当时尖端科技的化学工业主要是天然物质的直接利用如海盐提炼、樟木中提取樟脑等。此类过程主要是物理过程，如制糖、制盐、炼焦、植物油的分馏；很少一部分用到化学反应如酸碱的制造、乙醇氧化制乙醛、发酵生产乙酸、油脂加氢、合成氨。此阶段催化剂的使用尚未受到普遍关注，所用原料多为复杂的天然物质
7、，产物的控制与选择性都很低，催化剂应用的成熟度不高，了解也很有限。化学工业发展的黄金时代，炼油工业和石油化工的兴起，化工原料路线发生了根本性变化，化学反应的应用也受到重视，催化技术有了多种用途。由于石油较之煤和天然植物组成比较单纯，官能团较少，催化剂的应用比较容易，故化学工业突显特色。加之二战期间对汽油等燃料的需要，开发了多种炼油和石化过程工艺。在此期间沸石催化、配位络合催化、聚合催化等相继出现，加深了人们对催化基础和应用的了解。化学工业进入成熟期或所谓的夕阳工业期，工业用催化剂的发展也缓慢下来。大宗化学品的附加值降低，工业废弃物快速增长，造成环境污染，化学工业丧失了前进的驱动力，由于化工是基
8、础工业，它们的荣枯必然影响到社会的发展。经过一段时间的沉寂，化学工业从“重视产量”转向“重视功能化”发展，将过去大宗化学品生产过程中累积的技术与经验转向应用和高性能的精细化工方向发展，很快使化学工业出现了转机。此阶段催化技术配合化学工业出现了“择形催化”、“手性催化”、环境友好的“固体酸催化”等，以及用于具有监控能力的“传感器催化技术”、防治汽车污染的“三效催化技术”等。要理解科学，必须了解科学的历史！要理解科学，必须了解科学的历史！13.工业催化发展简史工业催化发展简史 催化概念的诞生 19世纪前30年，许多研究者独立地观察到众多的化学现象，如淀粉在酸存在下转化成葡萄糖；金属Pt粉浸在酒精中
9、使后者一部分变为乙酸；将H2通过置于空气中的Pt丝时伴随有火焰发生，这是第一个人造点火器的工作原理，不久后即为安全火柴所取代。Humphry是第一个发现金属表面上两种气体之间可以发生化学反应的，1817年他在伦敦皇家学会的报告中，把这一发现描述成“一个新而奇怪的现象”，并将它开发成矿工安全灯。在安全灯中，把细铂丝固定在煤气焰上，当有更多的煤气被导入时，火焰就变得十分明显。他认为煤气和空气与热铂丝接触时，就能够无焰地结合，而使铂丝保持热的状态。只有铂丝和钯丝才有效，而铜、银、金和铁的都是无效的。显然，这是催化中关于选择性的最早报道。基于这些观察的事实，J.J.Berzelius于1836年提出“
10、催化作用”（catalysis）概念，并且认为与催化作用相伴的还有“催化力”的存在。“catalysis”一词来自希腊：“cata”的意思是下降；而动词“lysis”的意思是分裂或破裂。当时认为“催化剂破坏阻碍分子反应的正常力”。后来的事实证明，Berzelius的历史贡献在于引入了“催化作用”的概念，而所谓的“催化力”是不存在的。Berzelius,Jns Jacob 14.基础化工催化工艺的开发期（19世纪后半叶至20世纪的前20年）1860年氯化铜催化的氯化氢氧化制氯气的Deacon工艺过程；1875年Pt催化SO2氧化制硫酸的催化工艺（硫酸工业的基础，也是化学工业的奠基工艺，由BASF
11、公司将其推向工业化）；其后不久甲烷-水蒸气在Ni催化剂作用下催化转化制合成气，该Ni催化剂后来发展成著名的Raney Ni催化剂；1902年Ostwald开发了NH3氧化为NO的工艺（硝酸生产工艺）；1902年Sabatier开发了催化加氢工艺，为油脂加氢工业奠定了基础，Sabatier因此获得1912年的诺贝尔化学奖；1905年Ipatieff以白土作催化剂，进行了烃类的转化，包括脱氢、异构化、叠合等，为后来的石油加工工业奠定了基础。Wilhelm OstwaldThe Nobel Prize in Chemistry 1909 his later famous pupils are Arr
12、henius(Nobel Prize 1903),Van t Hoff(Nobel Prize 1901),Nernst(Nobel Prize 1920),Jacobus van t Hoff(left)and Wilhelm OstwaldPaul SabatierThe Nobel Prize in Chemistry 1912 Ipatieff高压催化反应autoclave15.基础化工催化工艺的开发期（19世纪后半叶至20世纪的前20年）此间最伟大、影响最深远的催化工艺开发是合成氨的工业化。1910年德国Karlsruhe大学宣布，由N2、H2直接合成NH3获得成功。当时F.Habe
13、r及其同事在BASF公司的赞助和支持下成功地完成了以下三项工作，才使合成氨的研究具备了推向工业化的基础。Haber完成了N2+3H2=2NH3反应在加压下的热力学数据，1908年他提出的平衡数据为：在200atm、600下，NH3的平衡浓度为8%，从热力学原理上肯定了合成氨反应的可行性。筛选出具有工业价值的熔铁催化剂。Karlsruhe大学当时宣布的催化剂为锇（Os）和铀（U），既昂贵又不好操作。Haber的同事Mittasch经过25002500多种配方、多种配方、65006500多个实验多个实验筛选出高活性、高稳定性和长寿命的合成氨熔铁催化剂（主要为Fe-Al-K多组元成分）。解决了合成过
14、程的高压工程化问题，Haber的另一位同事C.Bosch和Haber一同设计并加工了一套闭路循环合成反应的高压系统。16.基础化工催化工艺的开发期（19世纪后半叶至20世纪的前20年）NH3的催化合成是催化科学与技术中最为重要的发明，它不仅表现在工业生产上，还表现在催化基础研究方面。因为多相催化中的许多新概念、新研究方法都是从该反应开始提出的。如高压气相反应平衡概念、活性吸附概念、BET法测定比表面积、非均匀表面概念、反应计量数概念等。Haber因此获得1918年的诺贝尔化学奖，Bosch获得1931年的诺贝尔化学工程、高压设备奖。Fritz HaberCarl Boschthe worlds
15、 largest production site of ammonia;oil painting by Otto Bollhagen,1920 氨的催化合成催化科学研究历史中里程碑17.18.我国化学工程与技术学科的发展中我国化学工程与技术学科的发展中里程碑里程碑1935年8月我国化工的先驱吴蕴初先生建成上海天利氮气厂生产出液氨，吴先生还创办了天厨味精厂（1923）、天原电化厂（1929）和天盛陶器厂（1934），以及范旭东在天津创办的永利碱厂，这些化工原料的生产推动了我国化学工业的发展合成氨工业的巨大成功推动了化学工业迅速发展，也带动了一系列化学工程基础理论工作，如化工热力学、化学工艺学、工
16、业催化等。氨合成催化剂的研究与改进已经尝试10万多个配方，至今仍是催化界研究的方向19.基础化工催化工艺的开发期（19世纪后半叶至20世纪的前20年）合成氨的工业化带动了合成气的生产，因为需要H2原料；促进了催化剂工业生产、压缩机生产以及其他化学工艺发展，对化学工业的现代化起到了很大的促进作用，为1923年高压合成甲醇工艺开发的成功奠定了基础。继合成氨工业化后至1930年，从煤出发经费-托（F-T）合成得到液体燃料，是此间另一项具有深远影响的催化工艺。炼油和石油化工工业的蓬勃发展时期（20世纪30-70年代）催化科学与技术的快速发展时期。1936年美国西海岸发现了石油、天然气，石油经催化加工可
17、以得到动力燃料成品油。流化床催化裂化工艺（FCC）是一个最重要的石油炼制工艺，1929年由法国人E.J.Houdry开发，此人后来加入美国太阳油公司，将催化裂化工艺推向工业化，使炼油工业迅速发展起来。与此同时，中东地区的沙特阿拉伯发现世界级大油田，一个以石油为基础的经济时代出现了。20.炼油和石油化工工业的蓬勃发展时期（20世纪30-70年代）前文介绍了Ipatieff用白土作催化剂对烃类的转化做了许多开创性研究，如烃的脱氢、异构、加氢、叠合等，十月革命后他移居美国，与他的学生Pines在UOP公司的资助下发明了高辛烷值的叠合汽油和烷基化汽油。1937年，Ipatieff的另一位学生Haens
18、el从美国西北大学加盟到他的研究室，主要从事催化重整研究，从而创建了催化重整工艺。催化裂化工艺和催化重整工艺的创建，大大加速了炼油工业的发展。20世纪40年代正值第二次世界大战的关键时期，高辛烷值航空汽油是大战中战机性能的决定性因素。“大不列颠的海空战，催化剂代表胜利”（芝加哥论坛报标题）。915VS1733.尽管Pt重整催化剂在科学和技术上都获得了成功，但使用3%的Pt做催化剂花费过大，后来Chevnon公司开发了Pt-Re双金属重整催化剂，Pt用量仅为0.20.7%，获得了很大的进展。炼油工艺的FCC和催化重整等加工过程，提供了大量的三烯（乙烯、丙烯、丁二烯）和三苯（苯、甲苯、二甲苯）等优
19、质化工原料，再加上催化低聚和聚合技术的发明，为石油化学工业和高分子化工创造了发展空间。21.20世纪60年代，美国Mobile公司将作为新催化材料应用于催化裂化后，催化裂化技术出现了重大突破，炼油工业产生新的飞跃。采用稀土促进的沸石分子筛裂化催化剂后，炼油装置的生产能力和汽、柴油产量大幅度提高。在美国只经过短短的四五年时间就取代了传统的硅铝催化剂，被誉为“”1967年，发展了双金属重整催化剂（年，发展了双金属重整催化剂（Pt-Re,Pt-Ir)，提高了汽油品质，提高了汽油品质Grasselli曾经估算过，在美国，通过催化生产的约占90%的20种大众有机化合物，可以归属于5种反应类型。它们是烷基
20、化（24%）、多相氧化（25%）、脱氢（15%）、合成甲醇（16%）和均相氧化（13%）。催化科学进步使石油化工迅速发展成催化科学进步使石油化工迅速发展成世界经济支柱产业世界经济支柱产业22.23.24.石油炼制过程基本流程石油炼制过程基本流程 石油炼制过程每次技术变革均使石油加工效率和产品提高，并推动了化学工程与技术学科理论体系的发展。大型精馏塔、大型反应器和工业催化剂反应动力学，传质与分离石油炼制基本包括：石油一次加工、石油二次加工和石油产品精制等三个基本过程 25.分馏塔示意图分馏塔示意图26.石油分馏的主要产品及其用途石油分馏的主要产品及其用途27.合成高分子材料工业的兴起（20世纪3
21、0-80年代）早在20世纪30年代末，英国化学家在研究高压、高温下的气体行为时，发现乙烯在O2的作用下变成了具有弹性的白色固体，并证明具有优良的绝缘性能。实际上这就是后来被普遍认可的高压聚乙烯过程，O2作为自由基聚合的引发剂。在第二次世界大战中将这种固体物质涂覆在雷达和电子武器上，绝缘良好，需求量很大。如果不是这种需要，这项过程早已被放弃了，因为生产过程中经常发生爆炸，很危险。高压法虽然得到了聚乙烯（PE），但并未因此形成高分子工业。第二次世界大战时期的德国，因受到盟军的封锁断绝了原油供应，因此应急研究合成燃料和润滑油。K.Ziegler是该研究计划的主要化学家之一。1953年的一天，他惊奇地
22、发现反应釜中（釜壁）粘满了白色固体PE。该过程没有高压、高温条件。经研究发现了金属Ni的催化作用，这种PE与高压法得到的PE不同，前者为线型高密度聚乙烯（HDPE），属结晶型。早在20世纪50年代初，K.Ziegler与G.Natta之间就建立了合作协议，有意大利蒙泰开尼公司出资（G.Natta是该公司董事长），Natta派人到德国Ziegler研究所进修合作研究，派来的人将一些关键技术带回了米兰。Ziegler的注意28.合成高分子材料工业的兴起（20世纪30-80年代）力仍放在聚合催化剂体系上，而Natta则把高级-烯烃的聚合列入当务之急。他对合成橡胶更感兴趣，认为聚乙烯为塑料，而聚丙烯可
23、能有更好的弹性。Natta后来集中了大批有才华的科学家研制等规结晶型聚丙烯，形成了Natta学派。1963年诺贝尔化学奖授予K.Ziegler和G.Natta两人，表彰他们对聚合催化作出的杰出贡献。Ziegler的发明在两个方面改变了世界：一是引发了许多科学家利用金属有机化合物作催化剂的研究领域；二是发现了聚烯烃工业合成的新方法。这种催化聚合的方法打开了生产HDPE的大门，几个月后就从实验室推向工业化。一个新的工业部门聚合物高分子工业诞生了。最初的催化剂活性很低，生产能力也很低，PE成为商品之前必须除去残存的催化剂组分，而且花费很大，故开发高活性、高生产能力的催化剂体系，以免除PE产品脱灰成为
24、了最关键的问题。与此同时采用共聚改性、氢调产品密度和分子量分布以及其他聚合工艺成为了20世纪60-70年代的主要课题。通过聚合机理研究开发的负载在MgCl2上的钛催化剂具有很高的活性，达到每克催化剂能够生产100kgPE，达到了完全免除脱灰的目的。Giulio NattaKarl Ziegler29.30.合成高分子材料工业的兴起（20世纪30-80年代）聚烯烃工业最激动人心的变革是1980年德国汉堡大学的两位科学家Kaminsky和Sinn发明了烯烃聚合的茂金属催化剂，它们是由两个环戊二烯（CP）、中间夹一过渡金属TMe（=Ti,Zr,Hf)具有三明治结构的有机金属催化剂（CP2TMeX2）
25、。与传统的Ziegler-Natta催化剂的不同之处是活性中心单一，所以又称为单中心催化剂（Single site catalysis），简称为SCC（如图所示）。其最具价值的特点是通过设计催化剂结构即可控制聚合物产品的结构。例如I型的SCC，只能制得无规的聚丙烯（PP）；II型的SCC，可以制得等规的PP；而III型的SSC，可以制得间规的PP。SCC催化剂是可溶的，通过甲基铝氧烷（MAO）活化，聚合产物的组成分子量分布窄，可使任何乙烯基不饱和单体（如环状烯烃、高级烯烃、极性烯烃）聚合，不像Ziegler-Natta催化剂那样只能使乙烯、丙烯、1-丁烯等少数几种简单烯烃聚合。采用SCC聚合，
26、可以获得新型聚合物，引起了全世界的极大兴趣。Prof.Dr.Walter Kaminsky 31.择形催化与新一代石油炼制工业 20世纪50年代炼油工业使用的催化剂为白土或无定形硅铝酸盐，没有涉及结晶物。60年代初，在巴黎举行的第二届国际催化会议上，Mobile公司的P.B.Wietz在会上报告了他们发现八面沸石（主要是X型分子筛、Y型分子筛）具有催化活性，并且成功用于FCC工艺中。由于FCC是最重要的石油炼制过程，世界生产能力约为5亿吨/年。与传统的无定形催化剂相比，沸石催化剂的活性要高得多，促进了过程工程的改良；更重要的是过程目标产物（汽油）的产率显著增加，由此带来的经济效益每年在100亿
27、美元以上。故人们常将FCC中的沸石催化剂作为石油工业真正革命的标志。沸石具有规则的孔道和孔笼结构，宽敞的通道（孔容为0.1-0.35mL/g）和孔道口（0.8-3.3nm）可限制及区分进出的分子，使之具有形状及大小选择性，故称这种催化为择形催化。利用具有光学活性结构的导向剂制备手性分子筛用于对映选择催化，是沸石化学将来发展目标中的一个方向。32.手性催化与制药工业（20世纪90年代至今）医药、农药和精细化学品领域对手性化合物的需求量急速增大，手性催化发展迅速。手性催化包括均相手性催化和多相手性催化两大体系。均相手性催化氢化、手性催化环氧化、手性催化甲酰化等反应取得了重大突破。闻名世界的均相手性
28、催化合成L-dopa（左旋多巴），是一种治疗帕金森病的药物，左旋体有效，右旋体有毒。在Mansanto公司从事研究的三位科学家，先后采用不对称膦配体的Ru络合物催化剂，手性加氢合成左旋体大于95%的产物，并由该公司推向工业化。该成果获得2001年诺贝尔化学奖。从工艺上讲，多相手性催化优于均相手性催化。多相手性催化可利用固体表面的不对称性和纳米孔道的立体选择性以提高对映选择性，从而拓展手性催化的研究思路和领域。目前该领域是一个多学科交叉的新领域，涉及材料科学、有机化学、配位化学、物理化学等，通过各学科的融合和集整，以开展多相手性催化的深入研究。33.通过总结20世纪百年来工业催化发展简史可以清楚
29、地看到：催化是化学工业和影响人类未来的关键技术。化学工业对催化的需求可概括为两个主要目标：一是加速催化剂的开发工艺；一是加速催化剂的开发工艺；二是发展选择性接近二是发展选择性接近100%的催化工艺。的催化工艺。至于未来的催化发展，工业界和科技界有如下想法：（1）结合科学实验、机理研究以及计算化学和分子模拟，尽可能地在分子水平上设计出催化剂。（2）发展高速测试和合成催化剂的方法。（3）改进原位催化剂表征技术。（4）开发具有特殊活性位结构的催化剂的制备方法。环境催化能源催化新催化技术与新催化材料生物催化手性催化组合催化技术与催化剂高通量合成评选纳米催化微化学反应体系中的催化技术34.催化技术是变革
30、石油化工过程的核心催化技术是变革石油化工过程的核心石油化工石油化工炼油工艺石油化工技术精细石油化学品技术汽油、柴油、润滑油乙烯、丙烯、丙酮、甲苯等等精细化学品化工新材料35.36.催化作用改变反应途径和目标产物实例：催化作用改变反应途径和目标产物实例：合成气选择性催化转化利用CO+H2Syngas合成气乙醇甲醇甲烷二甲醚合成汽油Pt/Rh/SiO2Cu-Zn-ONiCu,ZnCo,Ni,Fe37.甲醇催化利用途径甲醇催化利用途径38.自然自然 和谐和谐可持续发展可持续发展魅力催化魅力催化39.催化反应过程与绿色化学工艺是给化学家出的课题。是给化学家出的课题。而实现过程工业而实现过程工业“”是是
31、化学工程师的主要任务化学工程师的主要任务40.催化在新技术产业中的作用催化在新技术产业中的作用现代工业科技的发展离不开催化技术的应用，尤其是化工、食品、制药、新材料、新能源、环境保护技术与生物科技等产业。催化研究新方向可具体概括成以下几个方面：41.电化学和光电化学中的催化剂（燃料电池、光敏化电化学和光电化学中的催化剂（燃料电池、光敏化电池、太阳能电池等）电池、太阳能电池等）电动汽车电动汽车天然气催化氧化天然气催化氧化未来能源科技的核心未来能源科技的核心42.基于太阳能的可再生能源系统规基于太阳能的可再生能源系统规模化模化应用途径光解制氢光解制氢氢燃料发动机氢燃料电池规模化应用光热利用光热利用
32、光伏发电光伏发电43.电催化：电催化：燃料电池电极催化反应过程燃料电池电极催化反应过程氢的阳极氧化:2H2-4e-4H+氧的阴极还原:O2+4H+4e-2H2044.面向环境与能源的催化问题传统化石燃料传统化石燃料日益严重的环境问题 温室效应 大气污染 储量日益短缺，价格上涨 石油 45-50年天然气 50-60年 煤炭 200-220年利用效率低下 我国80%煤炭直接燃烧 副产物未利用 45.面向环境与能源的催化问题温室效应带来的危害已经越来越严重46.19941986198019731962小冰期后期以来的变化小冰期后期以来的变化19621962年以来连续退缩情况年以来连续退缩情况天山乌鲁
33、木齐河源天山乌鲁木齐河源1 1号冰川号冰川断开（地面立体摄影）气候变化对天山冰川的影响气候变化对天山冰川的影响Impacts of Climate Change on Tianshan Glacier47.如何更加有效地利用化石燃料 避免直接燃烧 通过反应转化为清洁能源 48.49.当前我国催化研究中的重点发展方向 地球资源的优化利用和地球生存环境的保护地球资源的优化利用和地球生存环境的保护是与人类命运最密切相关的两大问题。能源、环保和化学工业（包括石油化工）是我国国民经济发展中极其重要的领域。我国国家自然科学基金委员会根据学科发展的进步和国家的需要，1994年从催化反应类型和催化材料体系两方
34、面提出了我国近期催化基础应用研究的优先发展领域和重点课题。反应类型 （1）烃类的C-H键活化、C-C键和C-O键形成的催化剂选择的科学基础。（2）合成气（CO+H2）、CO、CO2和甲醇为基础的C1化学分子催化。这两类反应是化石资源（石油、天然气、煤）优化利用的最重要的催化基础。（3）烯类的配位催化聚合、共聚、开环共聚、低聚及定向加成反应（包括不对称合成反应和烯键末端官能化等）的分子催化和催化剂分子设计。这一类催化反应是聚烯烃材料高功能化及药物、农药、香料和其它石油化工与精细化工产品发展所必需的催化基础。（4）消除汽车排放气和工厂废气污染的非贵金属催化剂的设计和研制。这类催化反应是环保催化剂（
35、现又称环境催化剂）的一个重要研究方向，但其研制的科学基础目前还较薄弱。50.当前我国催化研究中的重点发展方向催化材料 （1）重要且较成熟的高效工业催化剂。如甲醇合成催化剂、甲烷合成催化剂、重整催化剂等，应在分子催化的水平上进行催化剂活性中心和催化作用机理的研究。（2）催化剂分子设计与研制的科学基础。应针对当前重要的催化过程和正在研发的催化剂体系，深入进行分子催化水平上的激励研究。如甲烷氧化偶联催化剂结构与性能的关系，活性氧物种的表征和活性位浓度的控制，合成气制乙醇的铑系催化剂的催化机理，金属-氧化物的相互作用和协同催化作用，C3-C4烷烃制芳烃的催化剂作用机理等。（3）新催化材料和催化过程或技
36、术的设计和研发。如无污染或少污染的新催化材料和过程、化学合成的仿酶催化剂、膜催化、催化-分离一体化技术、串联催化一体化技术、相转移催化剂、胶团催化剂、簇合物催化剂、多金属配合物催化剂、高分子催化剂以及膜反应器等。51.当前我国催化研究中的重点发展方向四大研究课题 （1）低碳烷烃的临氧催化转化。低碳烷烃亦称轻质烷烃，主要是天然气和油基炼厂气等中所含的C1-C4烷烃。（2）合成气的转化和有效利用。合成气的主要组分是CO和H2，可来自煤、天然气和油基炼厂气等，主要考虑其转化为甲醇、其它含氧化合物、乙烯等轻烯、汽油和柴油等。（3）催化新材料、新过程和新技术。（4）分子催化和高功能催化剂分子设计的科学基
37、础。2004年国家自然科学基金委又组织专家对催化学科的前沿和发展趋势提出了下列优先发展的建议：（1）新催化材料和新催化过程的开拓。特别是在低碳烷烃活化、高难度选择氧化、烷基化、聚合反应等方面，以及高选择性催化合成、催化剂的高通量合成与评价、替代和可再生资源、副产物及废物生成和能源消耗的最小化等。（2）催化剂的原位动态表征及催化反应机理的时空高灵敏度、高分辨率的新实验技术与方法。（3）催化研究的新理论方法。52.当前美国催化研究中的重点发展方向1992年美国国家研究委员会化学科学与技术部催化科学技术新方向专家组发表“Catalysis Looks to the Future”报告，建议了以下优先
38、发展方向：（1）催化反应的原位（in-situ）研究。（2）实际催化剂上催化活性位的原子水平上的表征。（3）新催化剂和新催化剂载体的合成。（4）与实验证据相关的催化反应机理和动态学理论模型。美国催化界非常重视催化剂的实际工业应用和催化剂制备的科学基础，它们认为任何一种催化剂的催化活性、选择性、使用寿命和再生能力是决定该催化剂是否可以工业应用的最关键的性能指标。在1990年美国化学工业是全美最大的工业之一，有110万名雇员，销售额将近3000亿美元，其生产过程的90%以上都与催化有关。53.2007年诺贝尔化学奖简介年诺贝尔化学奖简介20072007年诺贝尔化学奖由德国马普协会的年诺贝尔化学奖由
39、德国马普协会的Fritz-Fritz-HaberHaber研究所的研究所的Gerhard ErtlGerhard Ertl博士获得，奖励博士获得，奖励他在固体表面化学过程研究上的贡献。他在固体表面化学过程研究上的贡献。54.2007年诺贝尔化学奖简介年诺贝尔化学奖简介55.全面权衡，掌握科学前沿，从深层次理解本领域已有工作全面权衡，掌握科学前沿，从深层次理解本领域已有工作的优缺点，寻找出与他人不一样的科学创新点。的优缺点，寻找出与他人不一样的科学创新点。细微观察实验细节，从每一点中积累其中所蕴含的点滴知细微观察实验细节，从每一点中积累其中所蕴含的点滴知识，强化理论和实验素养。识，强化理论和实验
40、素养。在碰到与自己工作类似的文章报道时，是放弃已有工作，在碰到与自己工作类似的文章报道时，是放弃已有工作，还是迎头而上？还是迎头而上？科学中没有做不成的事，需科学中没有做不成的事，需积累积累，从长远着手，分析实，从长远着手，分析实验成功与不成功的原因，始终坚持文献积累，坚持一切问题从验成功与不成功的原因，始终坚持文献积累，坚持一切问题从源头出发去解决的思路，层层剖析，把问题理解透彻。源头出发去解决的思路，层层剖析，把问题理解透彻。办法总比困难多办法总比困难多。但是没有理论与文献的深入学习，困。但是没有理论与文献的深入学习，困难总是比办法还多。难总是比办法还多。最后，送给大家一句话：最后，送给大
41、家一句话：失败只有两种方式：失败只有两种方式：一种是只做不想；一种是只做不想；另一种是只想不做。另一种是只想不做。56.2000年筹建胶体与界面科学实验室，年筹建胶体与界面科学实验室，03年学校投入年学校投入600万元专项经费用于大万元专项经费用于大型仪器设备的购置，奠定了胶化室良好型仪器设备的购置，奠定了胶化室良好的软硬件研究平台。的软硬件研究平台。03年武汉大学年武汉大学-大桥化工联合精细化工大桥化工联合精细化工研究所成立，致力于高级工业涂料体系研究所成立，致力于高级工业涂料体系的应用基础研究，至今已投入研究经费的应用基础研究，至今已投入研究经费逾逾200万元。万元。08年牛津大学曾适之教
42、授受聘本实验年牛津大学曾适之教授受聘本实验室（长江学者讲座教授），获学校支持室（长江学者讲座教授），获学校支持经费经费180万元，用于工业催化研究平台万元，用于工业催化研究平台的建设。的建设。实验室简介实验室简介 1实验室简介实验室简介 157.Thermo Finnigan GC-MSWyatt GPC-MALLSMicromeritics ASAP 2020-MMicromeritics AutoChem 292058.Bruker Vertex 70 FTIR天津先权固定床微型反应器-气相色谱联用Dionex DX600 HPLC七套高压反应釜（大连自控）59.Malvern Nano-ZS Olipus BX51Haake RS60060.Kruss K100Kruss DSA10Hiden QIC20 MS61.Thanks for your attentions!62.
