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出版者:Springer Verlag

作者:Lancaster, Mike

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2002-9

价格:$ 62.09

装帧:Pap

isbn号码:9780854046201

丛书系列:

图书标签:

• 绿色化学
• 化学
• 环境科学
• 可持续发展
• 有机化学
• 催化
• 材料科学
• 环境友好
• 化学工程
• 工业化学

《工业催化新进展：从理论到实践的跨越》 图书简介 引言：驱动未来工业变革的核心力量 在21世纪的工业蓝图下，效率、可持续性与环境友好性已不再是可选项，而是决定企业存亡与社会进步的关键要素。传统化学工业在带来巨大物质财富的同时，也留下了深刻的环境足迹。我们迫切需要一场深刻的变革，而这场变革的核心驱动力，正是工业催化的持续创新与深度应用。《工业催化新进展：从理论到实践的跨越》一书，正是立足于这一时代需求，全面梳理和系统阐述当代工业催化领域最前沿的研究成果、核心理论突破以及最具潜力的工程化应用的高级参考专著。 本书旨在为化学工程、材料科学、应用化学、环境科学等相关领域的科研人员、高校师生、以及工业界的研发与工程技术人员提供一个既有深度理论支撑，又紧密结合实际生产需求的综合性知识体系。我们力求在详尽介绍催化剂设计、反应机理研究、反应器工程优化等经典范畴的基础上，重点聚焦于近年来取得突破性进展的新型催化体系与绿色化工艺路径。 第一部分：基础理论的深化与拓展——理解催化反应的本质 本部分致力于夯实读者对现代催化科学的理解基础，并引入最新的理论工具来解析复杂的催化过程。 第一章：活性位点结构与电子态的精确表征 催化性能的根源在于活性位点的结构与电子结构。本章详尽介绍了先进的谱学技术在催化剂研究中的应用，包括：高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）在纳米尺度形貌分析上的新进展；原位X射线吸收谱（XAS）和穆斯堡尔谱（Mössbauer Spectroscopy）如何实时追踪催化剂在反应条件下的电子态变化；以及固体核磁共振（Solid-State NMR）在解析表面物种和孔道结构中的独特优势。重点探讨了如何通过精确调控金属、载体及助剂之间的界面相互作用（Interface Engineering）来设计具有特定电子结构的超高活性位点。 第二章：第一性原理计算与人工智能辅助设计 催化研究正迎来计算驱动的时代。本章深入讲解了密度泛函理论（DFT）在催化反应机理模拟中的核心应用，包括吸附能、过渡态能垒的计算方法与精度评估。更进一步，本书介绍了如何利用分子动力学模拟（MD）来理解催化剂在高温高压条件下的结构弛豫与稳定性。引入了机器学习（ML）和高通量计算（High-Throughput Screening）的理念，展示了如何加速筛选具有优异性能的候选催化剂体系，极大地缩短了从设计到验证的周期。 第三章：表面反应动力学与宏观传输现象的耦合 催化反应速率不仅取决于表面化学转化，还受限于气相或液相中的物质传输。本章系统地分析了扩散、传热与反应动力学如何相互耦合形成复杂的非均相催化体系。详细阐述了薄膜催化剂、微反应器等新型反应器结构如何有效克服内扩散限制。同时，对反应器内外的热点效应（Hotspot Effect）进行了深入的建模与分析，强调了热管理在保证催化剂寿命和反应选择性中的关键作用。 第二部分：面向可持续发展的核心催化技术 本部分聚焦于当前工业界面临的重大挑战，并展示了催化技术在应对这些挑战中的突破性进展。 第四章：低碳能源转化与储存催化 随着能源结构转型，高效利用碳资源和发展清洁能源成为焦点。本章详细论述了甲烷干重整（DRM）催化剂的选择性提升与积碳抑制策略；水煤气变换（WGS）反应在低温高活性方面的最新进展，特别是对贵金属纳米颗粒稳定性的控制。在氢能领域，重点探讨了电催化析氢（HER）和析氧（OER）反应中非贵金属基催化剂（如过渡金属硫化物、磷化物）的设计与规模化挑战。 第五章：选择性氧化与加氢——精细化学品的绿色合成 选择性氧化是制备重要中间体和功能材料的关键步骤。本章着重介绍了一系列高选择性氧化催化体系，如：利用分子氧作为最终氧化剂的催化体系，避免了化学计量氧化剂带来的环境负担；以及对烯烃环氧化、醇类选择性氧化等过程的催化剂优化。在加氢方面，关注于在温和条件下实现对特定官能团的高度选择性加氢，减少副反应的发生。 第六章：环境催化净化技术的革新 本章深入探讨了工业废气和废水处理中的尖端催化技术。重点分析了挥发性有机物（VOCs）的催化燃烧技术，特别是对贵金属负载量极低（ppb级别）的催化剂的开发与稳定性研究。对于氮氧化物（NOx）的催化还原，深入比较了选择性催化还原（SCR）中新型脱硝催化剂的性能，并讨论了在含硫或高水分环境下的催化剂中毒机制与抗中毒策略。 第三部分：新型催化剂的设计与工程化 本部分将理论与应用紧密结合，展示了如何将实验室的创新转化为可靠的工业技术。 第七章：单原子催化剂（SACs）的结构构建与性能调控 单原子催化剂代表了原子经济性的极致追求。本章系统梳理了负载型、氮化碳基（g-C3N4）、金属有机框架（MOFs）模板法等制备SACs的主流技术路线。深入探讨了如何通过精确控制金属原子与其周围配位环境的协同作用，实现对反应路径的精准导向。同时，讨论了SACs在实际反应条件下的热稳定性、团聚倾向以及如何通过载体工程来增强其抗失活能力。 第八章：多孔材料与异质结催化剂的集成应用 新型多孔材料如MOFs、共价有机框架（COFs）和沸石分子筛，因其超高比表面积和均匀孔道结构，成为构建复杂催化体系的理想骨架。本章详细阐述了如何利用这些框架材料进行催化剂的尺寸限制效应（Confinement Effect）调控，并介绍了异质结（Heterojunction）的设计策略，例如构建P-N结或界面接触，以优化载流子分离和活化反应物分子。 第九章：反应器技术与过程强化 催化剂的性能必须在合适的反应器中才能得以充分发挥。本章探讨了微反应器技术在精确控温、提升传质效率和增强安全性方面的优势，特别是在高危或高放热反应中的应用。此外，还详细介绍了反应精馏（Reactive Distillation）、膜反应器等过程强化技术，如何通过耦合反应与分离单元，显著提升整体工艺的能效与经济性，为工业放大提供了切实可行的工程解决方案。 结语：展望未来催化科学的融合与突破 《工业催化新进展：从理论到实践的跨越》不仅是对现有知识的总结，更是对未来催化科学发展方向的指引。未来的突破将更依赖于跨学科的深度融合，特别是生物催化、光催化与电催化与其他传统热催化技术的结合。本书的最终目标是激励读者跳出传统思维定势，利用最新的工具和理念，设计出更高效、更绿色、更具经济竞争力的工业化学工艺，推动化学工业迈向一个可持续发展的全新纪元。

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