第一章 催化科学的魅力.ppt

全球气候变暖问题 传统工艺 3-氯过苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物 绿色工艺 负载锡的?沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，副产物只有水 绿色化学 从科学观点看——化学科学基础的创新 从环境观点看——从源头上消除污染 从经济观点看——合理利用资源和能源， 降低生产成本 推动经济和社会可持续发展的先进技术！ 敏化剂分类 联吡啶金属络合物 J. Am. Chem. Soc., 1993,115,6382 酞菁Phthalocyanine） 卟啉（Porphyrin） 纯有机染料系列 结束语 肿瘤2: 未处理 肿瘤1: 注射0.4mg TiO2 光照4周以后： 肿瘤2：长大 肿瘤1：被抑制 医疗卫生 染料敏化太阳能电池 1991年※，Gr?tzel M.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了7%的光电转化效率， 为利用太阳能提供了一条新的途径. B ORegan, M Gr?tzel. Nature. 1991, 353:737 -740. 1997年，该电池的光电转换效率达到了10%~11%，短路电流达到18 mA/cm2,开路电压达到720 mV； 1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Gratzel电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引 起了全世界的关注。 Dye Sensitized Solar Cells，简称DSSCs 目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10％以上，寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10. 染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）（或称Gr?tzel型光电化学太阳能电池）主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。 阳极：染料敏化半导体薄膜 阴极：镀铂的导电玻璃 电解质：I3-/I- TiO2膜:5~20um,1~4mg/cm2 导电玻璃：8~10Ω/□ 电池结构 四、新世纪催化研究的方向： 在基础研究方面： 1、在分子水平上研究催化作用的机制，实现对催化 剂的分子设计； 2、开发催化材料合成和新的催化研究方法； 3、阐明生命科学中催化问题； 4、探讨可持续发展的化学基本问题—绿色化学和环 境催化； 5、能源制造中的催化过程。 在应用研究方面： 1、用于清洁燃料（汽油、柴油）制造的高效催化剂； 2、用于新能源制造的催化剂开发，如光解水制氢；3、高效环境污染治理催化剂的制造：除去空气中NO2 、SOx、甲醛、苯；污水中各种污染物用催化剂；4、精细化学品生产催化剂，绿色催化剂。 五、中外催化科学研究概况 美国是二十世纪后半叶以来，美国代替欧洲的德、法等国成为世界催化研究的大国，研究人员最多、投资最大。 德国、法国、荷兰、英国、丹麦、比利时、日本 都是世界上的催化研究的强国。 我国的催化研究在解放前几乎是空白；自上世纪 八十年代以来发展很快，从事催化基础与应用研究的 科研队伍迅速扩大。在我们国家每两年要举行一次全 国催化学术讨论会，参会人员近千人。 我国催化研究比较集中的地方有： 科学院：大连化学物理研究所、山西煤炭化学研究； 兰州化学物理研究所等； 大学： 南京大学、北京大学、厦门大学、福州大 学、吉林大学、复旦大学等； 石油科学研究院：北京、上海、兰州、齐鲁等。 七、福州大学的催化研究概况 国家在福州大学设有化肥催化剂国家工程研究中心， 在全国催化研究领域占有重要的地位。 两大研究方向： 化肥催化研究：由中国工程院院士魏可镁教授领导， 在国内具有领先地位； 光催化研究： 由付贤智教授领导，在应用研究方面 在国内处领先地位 。 成果近年来多次获得国家发明和国家科学技术进步奖。 六. 催化研究方法概述 1. 催化剂的基本性质： 化学组成： 体相组成和表面组成,其对催化剂的性质有 决定性影响，其依赖于合成原料、制备步骤 和方法。 晶相结构： 体相结构和表相结构，如晶型，对催化剂性 能有很大影响 局域结构： 缺陷、表面原子配位情况，可能是催化剂真 正的活性中心。