催化剂的形成与发展

山西轻工职业技术学院毕业论文催化剂的形成与发展

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山西轻工职业技术学院二〇一七年四月十八日

催化剂的形成与发展

摘要

在化工生产、科学家实验和生命活动中，催化剂都大显身手。例如，硫酸生产中要用五氧化二钒作催化剂。由氮气跟氢气合成氨气，要用以铁为主的多分组催化剂，提高反应速率。在炼油厂，催化剂更是少不了，选用不同的催化剂，就可以得到不同品质的汽油、煤油。汽车尾气中含有害的一氧化碳和一氧化氮，利用铂等金属作催化剂可以迅速将二者转化为无害的二氧化碳和氮气。酶是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质，生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行，酿造业、制药业等都要用催化剂催作。传统观点认为，是催化剂与反应物生成了不稳定的中间产物，再生成了产物。现代观点认为，催化剂降低了活化能，增加了活化分子数量，从而提高了反应速率。

但是对于催化剂的发现、形成、发展现状以及发展前景，很多人都不是很了解。本文将介绍一些有关于催化剂的行成、发展与前景的简单背景和合理预测。

关键词：催化剂发展前景

目录

一.催化剂的发现与行成 (1)

1.催化剂的发现 (1)

2.催化剂的形成 (2)

二.催化剂的发展现状 (2)

1.全球发展现状 (2)

2.催化工业的发展 (3)

三.催化剂的发展前景 (4)

1.全球发展前景 (4)

2.我国的发展前景 (4)

一·催化剂的发现与形成

催化剂又叫触媒。根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。

在化学化工领域中，催化剂的出现为化学以至人类社会的发展都起到了极大的推动作用。它解决了生活和生产过程中出现的许多难题，让人们的视野变得更加得开阔，有效得推动了近代产业革命得快速发展。科学技术发展至今天，催化在支撑国民经济可持续发展中发挥着极其重要的作用，在发国家催化对于经济的直接和间接贡献已高达GNP20％－30％之多。

1.催化剂的发现

古代时，人们就已利用酶酿酒、制醋；中世纪时，炼金术士用硝石作催化剂以硫磺为原料制造硫酸；13世纪，人们发现用硫酸作催化剂能使乙醇变成乙醚。直到19世纪，产业革命有力地推动了科学技术的以展，人们陆续发现了大量的催化现象。催化剂作用是在生产发展的同时为人们由浅入深地认识到的。在科学纪元中，是贝采里乌斯于1836年最先用催化作用一词来描述有关痕量物质，本身并不消耗而能够影响反应速率的各种各样的观察结果。贝采里乌斯引用的例子是淀粉受酸催化水解为葡萄糖，金属离子对过氧化氢分解的影响，及铂在氢气和氧气反应中的作用等。

1781年，帕明梯尔用酸作催化剂，使淀粉水解。1812年，基尔霍夫发现，如果有酸类存在，庶糖的水解作用会进行得很快，反之则很缓慢。而在整个水解过程中，酸类并无什么变化，它好像并不参加反应，只是加速了反应过程。同时，基尔霍夫还观测到，淀粉在稀硫酸溶液中可以变化为葡萄糖。1817年，戴维在实验中发现铂能促使醇蒸气在空气中氧化。1838年，德拉托和施万分别都发现糖之所以能发酵成为酒精和二氧化碳，是由于一种微生物的存在。贝采里乌斯就此提出，在生物体中存在的那些由普通物质、植物汁液或者血而生成无数种化合物，可能都是由此种类似的有机体组成。后来，居内将这些有机催化剂称为“酶”。

1850年，威廉米通过研究酸在蔗糖水解中的作用规律，第一次成功地分析了化学反应速度的问题，从此开始了对化学动力学的定量研究。1884年前后，包括奥斯特瓦尔德在内的几位化学家研究了各种酸对酯的水解作用以及蔗糖转化等现象的酸碱催化作用的解释，他认为催化剂现象的本质，在于某些物质具有一种特别强烈的使原本没有它参加而速度很慢的反应加速的特殊性能。他说，任何物质，如果它不参加到化学反应的最终产物中去，只是改变这个反应的速度即称为催化剂。另外，他通过总结大量的实验结果，根据热力学第二定律，提出了平衡的达成，不能改变平衡常数。1905年，勒·罗西诺和哈伯等人，根据化学热力学的原理，研究计算了氢、氮和氨在各种温度和压力平衡情况后，利用各种

催化剂的帮助，研究出从空气中的氮合成氨的实验方法。

2．催化剂的形成

在寻找催化剂和催化反应的过程的同时积累了大量的资料，使人们对催化剂和催化作用的认识不断深入。关于催化反应的理论也逐步得以发展。催化剂为什么能够改变化学反应的速度，而它本身在反应后又不发生化学变化呢？为了解释这一问题，在19世纪初期，就已经有人提出关于催化剂在反应中生成中间化合物的假说，认为催化剂之所以有所谓“催化能力”，是由于生成了中间化合物的结果。

1806年，德索尔姆在克雷蒙在研究一氧化氮对二氧化硫氧化的催化作用时，推想一氧化碳先与大气中的氧反应生成某种中间化合物。这一中间化合物再与二氧化硫相互作用，此时把氧转交给后者，中间物质自身又变为一氧化氮。一氧化氮可以再被空气氧化，之后再把氧交给二氧化硫。如果按照这种概念，这种均相催化反应是交错地进行的氧化还原过程的综合。一个缺憾是他们没有提出具体的反应的具体过程。邢歇伍德等人在1930年，以碘蒸气为催化剂进行乙醛蒸气的加热分解反应，发现均相催化反应的速度常常与催化剂的深度成正比的。而在该反应中，作为催化剂的碘蒸气的深度始终不变，邢歇伍德认为，这一事实说明由于催化剂K先与某一反应物A或B相互作用，生成了活性的中间化合物X，此中间化合物进一步转变而生成C并使催化剂再生。他们用以下形式表达上述反

应历程：

A+K=X+……

X+B=C+K……

可见，活性的中间化合物的假说因此得以进一步的证实和完善，催化理论也得到了发展。

随着更多实验事实的发现和研究的不断伸入，人们发现催化剂作用不仅是

均相地进行，更多的是这一类反应则是在多相中进行。并且，这时反应物在相界面上的浓度更大，这种现象被称为“吸附作用”。科学家们把吸附分为两种类型，一种是简单的物理吸附；另一种是吸附的同时形成化学键，称为化学吸附，当然，这一类完成是吸附的同时形成化学键，称为化学吸附，当然，这一类完成的过程的。

二·催化剂的发展现状

1.全球发展现状

化学工业在全球经济发展、社会进步和人类生活水平的提高等方面做出了巨大的贡献，但同时也给环境、生态平衡等带来了各种负面影响。进入21世纪后，人类面临的最大挑战是环境保护和可持续发展。早在上世纪90年代便提出了“绿色化学”的概念。关于这一概念，目前还没有一种统一说法，但从科学、环境和

经济角度出发，应该指的是“化学科学基础内容的更新，从源头治理污染，合理

利用资源和能源降低生产成本”。“绿色化学”大致可包括三个内容：一是原子经