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| 內容簡介： |
高效催化剂是催化过程的核心，而催化剂制备是获得高性能催化剂的关键。《固体催化剂制备技术》重点介绍了固体催化剂制备常用方法，包括沉淀法、浸渍法、溶胶-凝胶法、模板法等，并以文献为例说明如何通过调节制备条件实现对催化剂性能的调控。此外，还介绍了固体催化剂制备过程中的干燥、煅烧和还原等热处理以及成型方法。最后，以作者课题组的研究为例，介绍如何针对具体的反应设计和制备催化剂。
本书可作为高等学校化学、化工、材料、能源、环境、医药等相关专业高年级本科生、研究生教材，也可作为固体催化剂研究入门者的参考书。
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| 目錄：
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第1章 绪论1
1.1 固体催化剂及其制备的重要性1
1.2 固体催化剂的性能指标3
1.3 制备方法对催化剂性能的影响4
第2章 催化剂制备的基础知识6
2.1 催化剂的物理结构6
2.1.1 催化剂的比表面积、密度和孔结构6
2.1.2 孔的类型9
2.1.3 微球模型中孔径与颗粒的关系9
2.2 催化剂物理结构对催化反应的影响10
2.2.1 孔结构对内表面利用率的影响10
2.2.2 孔结构对选择性的影响13
2.2.3 孔结构对催化剂强度的影响13
2.3 催化剂的化学结构14
2.3.1 主催化剂、助催化剂和载体14
2.3.2 催化剂的活性表面14
2.4 催化剂原料15
2.4.1 原料的选择15
2.4.2 催化剂溶液的制备16
2.4.3 原料的溶解速率16
第3章 沉淀法制备催化剂17
3.1 沉淀的生成17
3.1.1 沉淀剂的选择17
3.1.2 沉淀析出时的pH 17
3.2 沉淀的析出18
3.2.1 溶液的过饱和度18
3.2.2 微小晶粒的溶解度19
3.2.3 晶核的形成20
3.2.4 沉淀粒子的长大22
3.2.5 影响沉淀颗粒尺寸的因素24
3.3 胶凝25
3.3.1 基本概念25
3.3.2 溶胶的形成26
3.3.3 溶胶的稳定性和双电层理论26
3.3.4 溶胶的凝结29
3.3.5 胶凝作用、胶溶作用和触变现象31
3.4 沉淀物的老化32
3.4.1 颗粒长大32
3.4.2 晶型完善与转变33
3.4.3 凝胶的收缩脱水33
3.5 沉淀中杂质的带入及去除33
3.6 沉淀颗粒类型及其性质调控34
3.7 均匀沉淀35
3.8 共沉淀36
3.8.1 共沉淀产物的均匀性36
3.8.2 通过形成复盐化合物实现共沉淀37
3.8.3 超均匀共沉淀37
第4章 浸渍法制备催化剂39
4.1 浸渍法所用的载体40
4.2 载体的浸渍41
4.2.1 载体的润湿现象41
4.2.2 活性组分负载量和浸渍液浓度42
4.2.3 浸渍速度43
4.2.4 多组分浸渍44
4.2.5 活性组分的晶粒度45
4.3 活性组分的浓度分布46
4.3.1 溶质的吸附47
4.3.2 影响活性组分浓度分布的因素47
4.3.3 溶质在载体微孔内的分布48
4.4 吸附法负载活性组分49
4.4.1 静电吸附负载活性组分49
4.4.2 竞争吸附52
4.5 离子交换法负载活性组分54
4.5.1 硅胶上的离子交换54
4.5.2 硅酸铝上的离子交换55
4.5.3 沸石上的离子交换56
4.6 均相配位催化剂的固相化56
4.7 沉淀法与浸渍法的比较57
第5章 溶胶-凝胶法制备催化剂60
5.1 溶胶-凝胶法制备活性氧化铝60
5.1.1 氢氧化铝胶粒的生成和调控61
5.1.2 氧化铝的分类和生成65
5.1.3 氧化铝的孔结构65
5.1.4 氧化铝的表面67
5.2 醇盐水解的溶胶-凝胶法67
5.2.1 溶液化学68
5.2.2 醇盐水解溶胶-凝胶法的特点70
5.3 Pechini 法73
5.3.1 Pechini法的原理73
5.3.2 Pechini法的特点76
5.3.3 Pechini法的影响因素76
5.3.4 与Pechini法相关的其他方法78
第6章 模板法制备催化剂82
6.1 软模板法制备介孔催化剂82
6.1.1 介孔材料的形成机理83
6.1.2 介孔材料的表征86
6.1.3 介孔催化剂的制备87
6.1.4 存在问题及对策90
6.2 硬模板法制备大孔催化剂91
6.2.1 制备流程与材料91
6.2.2 模板制备和前驱体填充93
6.2.3 应用领域96
6.2.4 基础科学问题96
第7章 其他制备方法97
7.1 水热与溶剂热合成法97
7.1.1 水热与溶剂热合成的特点98
7.1.2 反应介质的特点99
7.1.3 反应机理101
7.1.4 水热与溶剂热工艺102
7.1.5 水热法合成分子筛102
7.2 微乳液法104
7.2.1 微乳液104
7.2.2 微乳液法制备纳米粒子105
7.2.3 影响粒径大小的因素106
7.2.4 微乳液法制备催化剂示例106
7.2.5 微乳液技术的特点107
7.2.6 微乳液技术结合模板法制备组合孔结构催化剂载体107
7.3 超临界流体在催化剂制备中的应用109
7.3.1 超临界流体的特点109
7.3.2 超临界干燥110
7.3.3 超临界流体制备超细粒子112
第8章 催化剂热处理114
8.1 干燥114
8.1.1 物料与水分的结合形式114
8.1.2 干燥过程及其变化115
8.1.3 干燥对多孔性物料孔结构的影响116
8.1.4 干燥方式对活性组分分布的影响118
8.1.5 干燥过程中表面张力应用示例118
8.1.6 干燥设备119
8.2 煅烧121
8.2.1 热分解122
8.2.2 再结晶122
8.2.3 晶型转变123
8.2.4 烧结123
8.2.5 固相反应125
8.2.6 焙烧对比表面积和孔结构的影响126
8.2.7 煅烧条件的选择127
8.3 还原128
8.3.1 金属氧化物或氯化物的还原反应128
8.3.2 还原过程中金属微晶的生成机理128
8.3.3 还原过程动力学130
8.3.4 影响还原过程的因素132
8.3.5 还原过程对金属分散度及催化剂强度的影响132
第9章 催化剂成型134
9.1 催化剂颗粒的形状134
9.2 固体粉料的筛分与混合135
9.2.1 固体粉料的筛分135
9.2.2 固体粉料的混合135
9.3 粉末颗粒的聚集及聚集体强度136
9.3.1 粉末颗粒的聚集136
9.3.2 聚集体的强度137
9.4 黏合剂和润滑剂的选择138
9.4.1 黏合剂138
9.4.2 润滑剂138
9.5 成型方法139
9.5.1 压缩成型法139
9.5.2 挤出成型法139
9.5.3 转动造粒法140
9.5.4 喷雾成型法140
9.5.5 油中成型法141
第10 章 固体催化剂设计与制备示例143
10.1 组合孔、整体式催化剂用于制氢系统小型化144
10.1.1 小型化是燃料电池制氢系统面临的关键问题144
10.1.2 组合孔、整体式催化剂用于制氢系统小型化——以CO-PROX为例148
10.1.3 组合孔、整体式催化剂用于制氢系统小型化——催化剂设计的优化153
10.2 核壳结构纳米催化剂的设计与制备新方法——利用光热效应引发界面反应158
10.2.1 核壳结构纳米颗粒和局域表面等离子共振简介158
10.2.2 利用光热效应引发界面反应制备核壳结构纳米催化剂160
10.3 利用钙钛矿型复合氧化物构筑纳米催化团簇163
10.3.1 钙钛矿型复合氧化物简介163
10.3.2 以PTOs为前驱体制备CO甲烷化催化剂164
10.3.3 以PTOs为前驱体制备合成气制低碳醇催化剂168
10.3.4 以PTOs为前驱体构筑纳米金属/双金属/单原子-氧空位催化剂171
参考文献175
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| 內容試閱：
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固体催化剂在化学、化工、材料、能源、环境、医药等诸多领域具有广泛应用，而且往往是技术的核心或关键。由于固体催化剂的广泛应用和重要性，从事固体催化剂研究和开发的科技人才显著增加。制备出催化剂才能展开实验研究，所以制备是固体催化剂研究的基础。
制备和生产出具有实际应用价值的催化剂是催化剂研究和开发的目的，学习固体催化剂制备方法的目的则在于制备出性能优良的催化剂。催化剂的构效关系、反应机理等基础研究旨在揭示优良性能催化剂需具备的结构特征，催化剂制备的任务则在于制备出具有该结构特征的催化剂。催化基础研究重在深刻认识催化剂的本质特性，催化剂制备则更重视创意、灵活，通过创新构想和对已有知识的灵活应用，设计和构筑出具有特定结构的催化剂。
本书介绍了常用的固体催化剂制备方法，包括各种制备方法所得催化剂的特点及其涉及的基本原理。作者在撰写过程中期望做到以下几点，这也是本书的特色：
将应用广泛的制备方法尽量包含在内，包括传统的制备方法和近些年发展起来的方法；与科学研究和技术开发相结合，介绍固体催化剂制备知识的同时注重知识的应用；在思维角度，注重培养创新意识。固体催化剂制备技术本身就是化学、化工基础知识在催化剂制备中的应用，即固体催化剂制备技术本身就是基础知识的应用产物；另一方面，固体催化剂制备方法也是知识；所以，固体催化剂制备技术的发展过程也是创造知识的过程，是创新过程。
基于上述思路，在此给读者提几点建议。第一，掌握固体催化剂制备基本知识并会应用。对书中介绍的催化剂制备方法及其基本原理能够很好地理解，这是学习基本知识；针对催化剂的基本特征，能够选择对应的制备方法，这是对所学知识的基本应用。第二，融会贯通，体会知识的创造过程。关联和比较这些制备方法，领悟和体会其中的巧妙之处。例如，从共沉淀到柠檬酸配合法，再到醇盐水解的溶胶-凝胶法，就通过化学反应调控催化剂组分的均匀性而言，适用面依次拓宽，这是制备技术的发展过程，也是知识的创造过程。第三，创造新知识，解决面临的问题。针对正在研究或将要研究的催化反应，提出新的催化剂制备方案。新方案可以是本书介绍的某个基本原理的应用，也可以是某几个基本原理的组合应用，也可以是应用其他领域的知识制备催化剂。所提出的新方案应用面越宽、适用性越强，价值就越大。有价值的新方案及其对应的原理属于新知识，于是，从学习知识发展为创造知识，这就是创新过程。
对绝大多数催化剂研发工作者而言，需要针对催化剂面临的问题，提出独到的、有创意的解决方案。创意和灵感需要信息刺激，新的信息会触发灵感，所以知识面要宽，多了解最新进展。奇思妙想可能源于关联广博知识激发的灵感，也可能触发于其他领域的最新研究成果、研究思路，或者借鉴和利用其他领域的最新研究成果、研究思路。好的奇思妙想是独辟蹊径、开拓新方法的开始，也是开拓新的催化剂制备方法的有效途径。
本书共分10章，刘源负责撰写第1章绪论、第2章催化剂制备的基础知识、第3章沉淀法制备催化剂、第4章浸渍法制备催化剂、第8章催化剂热处理、第9章催化剂成型、第10章固体催化剂设计与制备示例，负责全文整体构思和内容把关。张翠娟负责撰写第5章溶胶-凝胶法制备催化剂、第6章模板法制备催化剂、第7章其他制备方法，并对全书的语言进行了修改和润色，负责全书的文字、图、表的编辑和校订。本书是在作者多年教学材料的基础上整理、撰写而成，张斯然、白杨、孙若琳和陈晨同学做了大量编辑、整理工作，李双双博士制作了书中的部分插图。化学工业出版社在本书的编审、校对等方面做了大量工作，在此表示感谢。
感谢国家自然科学基金委和科技部的经费资助，本书第10章的研究工作在基金委和科技部的“863”计划资助下完成。感谢天津大学研究生院创新人才培养项目和天津大学化工学院提供了出版资助。
由于固体催化剂制备技术涉及的知识面非常广，且不断有新技术涌现出来，限于作者知识水平和经验有限，书中难免存在疏漏或不足之处，恳请读者批评指正。
刘源 张翠娟
2025年3月于天津大学北洋园
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