催化原理及锂空气电池.PPT

催化原理及锂空气电池 报告人：牛强 §1 催化作用与催化剂 §1-1 催化剂的发展与定义 §1-2 催化作用的基本特征 §1-3 催化的重要性 §1-1 催化剂的发展与定义 1781年(帕尔明蒂): 稀酸参加下的淀粉转化为糖. 1783年(普里斯特林): 在粘土上的醇的脱水. 1797年(舍莱): 稀酸参与下的乙酸乙酯的皂化反应. 1817年(Davy): 加热铂丝可促进煤气、烃类的氧化. 1822年(Dobereiner): Au，Ag，Pt使H2+O2?H2O. 1834年(Mitscherlich): 硫酸可使醇脱水成醚. 催化作用是人们通过科学活动和生产实践认识到的一种现象：某些物质对一系列反应有影响，但本身似乎没有变化或参与反应。 1835年 Berzelins 把上述现象归结起来，认为是由一种催化力(Catalytic force)所引起的，提出了催化作用(Catalysis)。Mitscherlich把这类现象称为接触催化(Contact catalysis)。 1919年 Ostwald (奥斯瓦尔德)对催化剂提出了更为精确和完整的定义“催化剂能影响化学反应的速度，但它本身并不因化学反应的结果而消耗，它亦不会改变反应的最终的热力学平衡”。 催化剂是一种物质: 数量少而能产生巨大变化的物质; 可以改变反应速度，而本身不被消耗的物质。 催化剂的定义 1976年IUPAC（国际纯粹及应用化学协会）“催化作用是一种化学作用，是靠用量极少而本身不被消耗的一种叫做催化剂的外加物质来加速化学反应的现象”。 1994年国家自然科学基金委员会在自然科学发展调研报告中指出“催化是加速反应速度、控制反应方向或产物构成，而不影响化学平衡的一类作用。起这种作用的物质称为催化剂，它不在主反应的化学计量式中反映出来，即在反应中不被消耗。” 催化剂的定义 § 1-2 催化作用的基本特征 （1） 1. 不能改变化学平衡和平衡常数 △G=-RTLnKa 2. 催化剂的存在可改变化学反应的速度 催化剂参与了整个化学反应过程，但反应前后没有发生变化，而整个反应的速度是加快了，加速了到达平衡的时间。 催化剂的使用，有时也可使反应速度减慢，延长到达平衡的时间。 亚硫酸钠易被水中的氧氧化 加入醇后可抑制氧化的进行。 § 1-2 催化作用的基本特征 （2） 3 催化剂对不同的反应具有选择性 对于不同的反应，催化剂的活性是不同的。 选择性由催化剂的功能所决定，但也部分地决定于热力学平衡。对热力学上不太有利的反应，更应选择性能优良的催化剂。 有时选择性比活性更重要 A ? B (产物)? C 原料比较昂贵时，往往更注重于提高选择性。 § 1-2 催化作用的基本特征 （3） 合成氨 N2+3H2 2NH3 到19世纪中叶，所使用的氮肥主要来自智利的硝酸纳矿 19世纪后期，用炼焦的副产产品氨为原料，可以制成硫酸铵，作为氮肥来使用。 自然界中游离氮只能被豆科植物的根瘤菌直接利用。 1907年，哈柏等在约550℃和 150至250个大气压的条件下，得到了8.25%的氨，成功地制取了0.1公斤的合成氨 7月2日，哈柏在实验室建成世界上第一个氨合成装置的模型。（催化剂为锇或铀） 为解决世界范围氮肥短缺问题，他提出 空气中的氮和水中的氢在高温高压和催 化剂作用下能够发生化学反应并合成氨，1904至1913年发明了合成氨生产技术，从而开创了合成氨工业。于1918年获奖。 §1－3 催化的重要性 Fritz Haber (1868~1934) 1911年，博施和米塔希在BASF公司建造了世界上第一座合成氨工厂。1913年9月9日，开始生产，实现了合成氨工业化的生产，年产 3.6万吨硫酸铵。（Fe系催化剂） 1908至1913年改进了高压合 成氨的催化方法，实现了合 成氨的工业化生产，并在发 展高压化学方面取得重要成 就。于1931年获奖。 目前世界合成氨产量已经超过8000万吨/年 20世纪四十年代，美国环球油品公司发现和开发了汽油烷基化硫酸催化材料 使燃料油品的辛烷值由原来的87提高到100 这种燃料使英国飞机的爆发加速能力提高了50% 确保了皇家空军战斗机在1940年7月~10月间的不列颠空战中击败了强大的德国空军 扭转了第二次世界大战的战局；因此在二战中起决定作用的不列颠空战被称为：催化剂代表胜利 §1－3 催化的重要性 20世纪五十年代，Ziegler-Natta聚合催化剂的发现，使人类获得了丰富的塑料和纤维制品。它不仅带动了整个石化工业的兴起，也推动了与材料相关的其他产