催化原理总结[课堂课资]
化学催化剂催化机理
化学催化剂催化机理催化剂是一种能够提高化学反应速率的物质，常用于工业生产中。
它们通过参与反应中的中间步骤，降低活化能，从而加速反应。
催化剂的催化机理主要涉及表面吸附、反应中间体生成与解离等过程。
一、催化剂的表面吸附催化剂通常具有高表面积，这意味着在单位体积内有大量的表面位点可供分子吸附。
化学反应中的反应物分子吸附到催化剂表面，形成吸附态。
吸附态的反应物分子与催化剂表面相互作用，形成新的键或变性，从而使其更容易发生进一步的反应。
二、反应中间体生成与解离在催化反应中，催化剂起到了参与反应中间步骤的作用。
当反应物分子被吸附到催化剂表面后，它们可以通过与其他分子相互作用，形成反应中间体。
反应中间体是反应物分子与催化剂相互作用后产生的稳定物种，它们可能与其他反应物分子发生进一步反应，生成产物。
在催化反应中，催化剂还扮演着解离反应的角色。
解离是指反应中间体与催化剂之间的键发生断裂，使反应中间体离开催化剂表面。
这种解离的过程是周期性的，即反应中间体吸附到催化剂表面后发生反应，然后再次解离，使得反应能够持续进行。
三、催化剂的选择性催化剂的选择性指其对于化学反应中不同反应物的倾向性。
不同的催化剂具有不同的选择性，这取决于其表面结构、催化活性中心等因素。
选择性高的催化剂能够选择性地催化特定的反应，产生特定的产物，而不影响其他可能的反应路径。
四、催化剂的再生催化剂在催化反应中并不会消耗，可循环使用。
在反应结束后，催化剂可以通过各种方法进行再生，如高温处理、溶剂处理、化学修复等。
催化剂的再生能够降低生产成本，并提高催化剂的使用寿命。
总结：化学催化剂催化机理涉及到催化剂的表面吸附、反应中间体生成与解离，以及催化剂的选择性和再生。
通过催化剂参与反应中的中间步骤，降低活化能，加速化学反应的进行。
催化剂的开发与应用对于促进工业生产、提高资源利用效率具有重要意义。
催化原理重点知识点总结
催化原理重点知识点总结催化原理是化学反应速率中的关键因素之一，它能够降低活化能，加速反应进行。
催化原理涉及多个重要的知识点，下面是一个1200字以上的催化原理重点知识点总结：1.催化剂的作用机制催化剂通过提供新的反应路径，降低了反应活化能，并且能够参与反应形成中间产物，最后再释放出来以参与下一个反应循环。
催化剂的作用可以是吸附活化、解离和结合产物等。
2.催化剂的分类催化剂可以分为均相催化剂和异相催化剂。
均相催化剂与反应物和产物均处在相同的相态，异相催化剂与反应物和产物处在不同的相态，常见的包括固体催化剂和液体催化剂。
3.催化剂的选择和设计催化剂的选择和设计是催化化学的基础。
合适的催化剂应具有高的催化活性、高的选择性和稳定性。
常用的催化剂包括金属催化剂、酶和酶模拟剂、过渡金属催化剂等。
4.受体饱和和产物反馈对催化反应的影响在催化反应中，受体饱和和产物反馈都会影响反应的速率和选择性。
受体饱和是指反应物与催化剂之间的相互作用，如果反应物过多，催化剂会饱和，从而降低反应速率。
产物反馈是指产物对反应速率的影响，产物过多会抑制反应速率。
5.催化反应的速率方程催化反应的速率方程描述了反应速率与反应物浓度和催化剂浓度之间的关系。
速率方程可以根据实验数据通过拟合得到，一般可以用Arrhenius 方程、Michaelis-Menten 方程等形式进行表示。
6.酶催化反应酶是一种具有高度催化活性和专一性的生物催化剂，它通过降低活化能来加速化学反应。
酶催化反应具有高效率、高选择性和温和条件等优点，常用于生物体内的代谢过程中。
7.过渡金属催化反应过渡金属催化反应是分子催化领域的重要研究方向之一、过渡金属催化剂通常具有复杂的配体结构和反应机制，可以实现多种催化反应，如氧化反应、还原反应、羰基化反应等。
8.催化剂中的活性位点催化剂中的活性位点是指催化反应发生的具体位置。
活性位点可以是金属表面上的孤立原子、簇状结构、缺陷位点等，也可以是有机催化剂特有的功能基团。
催化作用原理
催化作用原理催化作用是化学反应中一种常见且重要的现象。
通过催化剂的存在，可以在反应速率和能量消耗方面起到显著的促进作用。
本文将介绍催化作用的原理，并探讨几个典型的催化反应案例。
一、催化作用的定义和基本原理催化作用是指通过添加催化剂来调控化学反应的速率，而不改变反应的终态和平衡位置。
催化剂是一种能够降低反应活化能并提高反应速率的物质。
催化剂在反应进行中不参与反应，因此在反应结束后可以被重新使用。
催化作用的基本原理涉及两个关键概念：活化能和反应中间体。
活化能是指反应在进入过渡态时所需要的能量，而反应中间体则是反应过程中的临时生成的物质。
催化剂通过与反应物发生相互作用，可以降低反应物的活化能，并稳定反应中间体。
这样一来，反应可以更容易地发生，并且反应速率得以提高。
二、催化作用的类型和机理催化作用可以分为两种类型：正常催化和自催化。
正常催化是指催化剂与反应物之间存在化学反应，生成新的物质，并参与到反应机制中。
自催化则是指催化剂本身就是反应物之一，通过反应生成中间体，然后再与其他反应物反应。
催化作用的机理主要有三种：表面反应机理、中间体机理和溶解催化机理。
表面反应机理是指催化剂在表面上与反应物之间发生化学反应，并生成反应产物。
中间体机理则是指催化剂与反应物之间形成中间体，然后再发生反应生成产物。
溶解催化机理则是指催化剂在溶液中与反应物形成络合物，调节反应速率。
三、典型催化反应案例1. 铂金催化剂在汽车尾气净化中的应用汽车尾气中的一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）是环境中的污染物。
铂金催化剂能够催化CO和NOx与氧气（O2）反应生成二氧化碳（CO2）和氮（N2），有效净化尾气。
2. 马弗炉中的催化作用马弗炉是一种用于合成氨的重要装置。
在马弗炉中，铁铝石催化剂通过吸附和解离氢气（H2）和氮气（N2），促进氢气和氮气的反应生成氨气（NH3），实现高效合成氨的过程。
3. 催化裂化反应在石油加工中的应用催化裂化反应是石油加工中常用的方法之一，用于将高碳烃转化为低碳烃。
化学催化反应的机理
化学催化反应的机理化学催化反应是一种常见的化学反应类型，它通过催化剂的加入，能够显著提高反应速率，降低活化能，从而促进反应的进行。
催化剂能够通过吸附、解离、重新组合等过程，参与反应的中间步骤，从而影响反应速率和产物选择性。
本文将就化学催化反应的机理及其主要分类进行讨论。
一、催化剂的吸附催化反应的第一步是催化剂与反应物之间的吸附。
催化剂通常具有较大的表面积和较高的活性中心密度，这使得它们能够吸附更多的反应物分子。
在吸附过程中，反应物分子与催化剂表面发生相互作用，其方式可以是物理吸附或化学吸附。
物理吸附是通过分子之间的静电作用力或范德华力来实现的，而化学吸附则涉及化学键的形成和断裂。
二、催化剂的解离在催化剂吸附了反应物分子后，下一步是催化剂与反应物之间的解离。
解离是指催化剂中的键被断裂，反应物的某些原子或基团被吸附到催化剂表面。
解离过程通常需要消耗一定的能量，这一能量称为解离能。
解离能的大小对于反应速率和选择性起着重要的影响。
三、中间物的生成解离后，生成的中间物在催化反应中发挥着重要作用。
中间物是催化反应中能量相对较高的物质，它们是由反应物吸附到催化剂表面，通过与其他反应物或催化剂之间发生反应形成的。
中间物的生成通常是一个复杂的过程，涉及到分子的结构变化、键的重组等。
四、反应物的转化中间物反应后，会发生转化，生成最终的产物。
催化剂能够通过调整中间物之间的相互作用，引导反应通道，从而影响产物的选择性。
此外，催化剂还可以通过提供一个更容易的反应途径，降低反应的活化能，提高反应速率。
催化剂的选择对于催化反应的成功与否至关重要。
合适的催化剂应具有活性高、稳定性好、易于回收和再利用等特点。
常见的催化剂包括金属、金属氧化物、金属盐等。
在化学催化反应中，催化剂的机理是一个复杂而多样的研究领域，不同的反应会涉及到不同的机理。
因此，催化反应的机理研究对于揭示反应的本质和提高反应效率具有重要意义。
总结起来，化学催化反应的机理包括催化剂的吸附、解离、中间物的生成和反应物的转化等过程。
催化原理的知识总结
石脑油加氢裂解 燃料
1957
1960 1962
丙烯氨氧化
乙烯氧化
丙烯晴
乙醛
Bi2O-MoO3/SiO2
均相，Pd/Cu 沸石
分子筛催化裂化 汽油 合成气 甲烷水蒸气转化 （CO+H2）
Ni
工业催化剂发明大事记（三）
首次工业 化年份 过程或催化剂 产品或用途 催化剂主要成分
1963 1964 1967 1970
工业催化剂发明大事记（四）
首次工业 化年份 过程或催化剂 产品或用途 催化剂主要成分
1980 1982 约1986
甲醇芳构化 结晶硫酸铝分子 筛 特种立构合成 NOx加氨还原
芳烃 多种石油化工产 品 多种药物 环境保护 环境保护 新型聚烯烃
ZSM-5分子筛
V2O5 - TiO2 Pd, Pt, Rh/SiO2 均相，茂-ZrCl2甲基氯氧烷等
无机化学 金属有机化学 固态化学 界面化学及胶体化学
催化剂
物理化学；化学热力学
现代物理手段；结构化学
化学动力学；分析化学
波谱分析；分析化学
反应机理；表面化学
催化是什么？
• 催化是一种自然现象，早已在生物体中存在的现象。生 物酶催化是生命的基础（在一个简单的生物细胞中约有 3000个化学反应） • 光合作用是一种能量储存与转换方式，叶绿素将光子吸 收后，通过一系列酶催化过程将CO2和水转化为人体所能 吸收的糖份. • 人类很早就学会利用自然催化过程。如利用酵素将各种 果子酿成美酒. • 系统的催化研究始于18世纪，1740年英国医生Ward用硫 磺和硝石(硝酸钾)一起燃烧制造硫酸。
Methanol Alkenes, alkynes Synthesis gas Aromatics, phenols Synthesis gas Hydrogen Ethanol Alkanes Fatty acid esters
高考化学催化原理知识点
高考化学催化原理知识点催化反应是一种常见的化学反应方式，在高考化学考试中也是非常关注的一个知识点。
了解催化原理对于理解和解答相关题目非常重要。
以下是关于高考化学催化原理的知识点总结。
一、催化反应的基本概念催化反应是指通过加入催化剂，能够改变反应速率但不改变反应物和产物的化学性质的反应过程。
催化剂起到的作用是提供反应路径的一个新途径，使得反应过程中的活化能降低，从而使反应速率加快。
二、催化剂的分类1. 催化剂可以根据能否与反应物发生化学反应来分类，分为两类：（1）气相催化剂：这类催化剂与反应物都处于气相，常见的气相催化剂有铂、铑等贵金属。
（2）固相催化剂：这类催化剂与反应物中的至少一个处于固相，如催化裂化中的硅铝酸等。
2. 催化剂还可以根据在反应中的状态来分类：（1）同种催化剂：催化剂在固相反应中，与反应物和产物处于相同的状态。
（2）异种催化剂：催化剂在反应中与反应物和产物处于不同的状态，如气相催化剂在气体反应中。
三、催化反应机理1. 吸附过程：催化剂与反应物之间的吸附是催化反应的第一步，常见的吸附方式有物理吸附和化学吸附。
物理吸附是通过分子间的范德华力吸引使反应物附着在催化剂表面，而化学吸附则是通过化学键的形成使反应物附着在催化剂表面。
2. 反应过程：经过吸附后，反应物分子与催化剂表面发生反应，从而形成产物。
这个过程包括元素键的形成、键的断裂和分子中的原子重新排列等。
3. 解吸过程：产物分子在催化剂表面解吸，脱离催化剂表面成为游离态，完成一次反应过程。
四、催化原理的影响因素1. 温度：催化反应的温度对反应速率有很大影响。
在催化剂的作用下，反应温度可以降低，从而减少能量要求，加快反应速率。
2. 压力：压力对气相催化反应的影响较大。
增大压力可以增加反应物分子之间的碰撞频率，促进反应速率的提高。
3. 催化剂浓度：适量的催化剂浓度可以加快反应速率，但催化剂浓度过高则可能抑制反应。
4. 反应物浓度：反应物浓度的增加通常会加快反应速率，但超过一定浓度后，反应速率不再受反应物浓度的影响。
催化原理重点知识点总结
催化重点知识点一、概述催化剂定义描述：在反应体系中，若存在某一种类物质，可使反应速率明显变化（增加或减少），而本身的化学性质和数量在反应前后基本保持不变，这种物质称为催化剂。
催化剂可以是正催化剂，也可以是负催化剂。
催化剂的组成：主体，载体，其他。
主体分为主催化剂、共催化剂、助催化剂。
助催化剂分为结构助催化剂、电子助催化剂、晶格缺陷助催化剂、扩散助催化剂。
主催化剂：起催化作用的根本性物质。
没有它不存在催化作用。
共催化剂：催化剂中含有两种单独存在时都具有催化活性的物质，但各自的催化活性大小不同，活性大的为主催化剂，活性小的为共催化剂。
两者组合可提高催化活性。
助催化剂：是催化剂中提高主催化剂的活性、选择性、改善催化剂的耐热性、抗毒性、机械强度、寿命等性能的组分。
催化反应：有催化剂参与的反应。
催化反应的分类：通常根据体系中催化剂和反应物的“相”分类；也可根据反应中反应分子间电子传递情况分类。
催化反应分为：均相催化反应，多相催化反应，酸碱反应，氧化还原反应。
均相催化反应：催化剂和反应物形成均一的相，可以是气相、液相。
多相催化反应：催化剂和反应物处于不同相，催化剂通常均为固体。
可分为气固、液固。
酸碱反应：在反应中发生电子对转移的称为酸－碱反应。
氧化还原反应：在反应中发生一个电子转移的称为氧化－还原反应。
催化特征：1催化是一种知识，是一种关于加快化学反应发生的“捷径”的知识。
2催化不能改变化学反应热力学平衡, 但促使热力学可自发发生的反应尽快发生，尽快达到化学平衡。
3催化是选择性的，往往要在一系列平行反应中特别地让其中一种反应尽快发生，尽速达到平衡。
如果可能，它还要同时抑制其它反应的进行。
四、如果热力学允许，催化对可逆反应的两个方向都是有效的。
催化的本质：在催化剂作用下，以较低活化能实现的自发化学反应被称为催化反应。
催化剂是一种中介物质，它提供了改变活化能的路径从而加快了反应速率(或降低了反应温度)，但其自身最终并没有被消耗。
催化化学知识点总结
催化化学知识点总结一、催化化学的基本原理1.化学反应动力学催化化学的基本原理涉及到化学反应动力学的研究。
化学反应速率是指单位时间内反应物的浓度变化。
催化剂可以通过降低反应的活化能来提高反应速率，从而促进化学反应的进行。
这是催化化学的基本原理之一。
2.催化剂的作用机制催化剂可以通过多种方式参与化学反应，包括吸附、活化、中间体形成和分子转移等。
催化剂可以提供不同的反应通道，从而选择性地促进某一种或几种化学反应，实现对目标产物的选择性合成。
3.催化剂的选择性催化剂的选择性是指其在化学反应中对不同反应物的选择性反应能力。
催化剂通过表面结构和化学成分的控制，可以实现对不同反应物的选择性催化，从而获得目标产物。
4.催化反应的稳定性催化剂在催化反应中会受到影响，其结构和活性可能发生变化，影响催化效果。
因此研究和提高催化反应的稳定性是催化化学的一个重要问题。
二、催化化学的分类催化化学可以根据催化剂的类型和反应类型进行分类。
1.催化剂的类型催化剂可以分为金属催化剂、金属氧化物催化剂、酶催化剂和催化剂剂作用相关的配基等。
金属催化剂包括贵金属催化剂、过渡金属催化剂和难吸物质阴离子催化剂等。
金属氧化物催化剂包括氧化铁、氧化锌、氧化钛等。
酶催化剂则是通过生物合成获取的一种天然催化剂，其在生物化学反应和酶工程中有着重要的应用。
2.反应类型催化化学的反应类型主要包括氧化反应、还原反应、氢化反应、脱氢反应、重整反应、裂解反应、缩合反应、异构化反应、气相反应等。
不同的反应类型需要选择不同类型的催化剂和反应条件。
三、催化化学的应用催化化学在许多领域都有着广泛的应用，主要包括工业生产、环境保护和能源开发等。
1.工业生产催化化学在化工工业中有着广泛的应用，包括石油加工、有机合成、气相反应、液相反应等。
催化化学可以提高化工工业生产的效率和产物纯度，减少能源消耗和环境污染。
2.环境保护催化化学在环境保护领域有着重要应用，主要包括汽车尾气净化、工业废水处理、有害气体吸附、雾霾治理和新型清洁能源研发等。
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精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
• 扩散 扩散方式: 常规:孔径≥100nm 努森:孔径≤100nm 构型:孔径＜1.5nm 扩散系数：
精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
2.吸附
物理吸附：分子间力，吸附力弱，吸附热小 （8~20kJ/mol），可逆吸附，无选择性，可发生多 层吸附
化学吸附：化学键力，吸附力强，吸附热大 （40~800kJ/mol），般不可逆，有选择性，单分子 层吸附类似化学反应，遵循化学热力学和动力学规 律
体的:提高稳定性,抑制副反应,提供双功能；活性组份的:促进活 性结构的形成, 调变活性组份的电子云密度)
• 载体的作用:1）分散活性组分；2）稳定化作用（抑制活性组份的烧结）；
3）助催化作用（如，提供酸性，对金属组分的调节作用）；4）支撑作用；5 ）传热与稀释作用
• 负载型催化剂的组成：载体、活性组分、助剂
1、作用力 2、吸附热 3、吸附速率
物理吸附 Van der Waals力
放热，小 快
4、吸附温度 5、吸附程度 6、可逆性 7、专一性 8、吸附质的光谱特性
低，升温吸附量下降 多层 可逆
非专一 无显著变化
精制知识
化学吸附 价键力 放热或吸热，大 非活化吸附，快 活化吸附，慢 高，影响复杂 至多单层 可逆或不可逆 专一性吸附 显著变化
精制知识
2
第一章 绪论
• 催化剂的分类
1.按催化反应体系物相的均一性分类:
均相,非均相(多相),酶催化
2.按催化剂的作用机理分类:
1）氧化还原：加氢、脱氢、氧化、脱硫等
2）酸碱催化：水合、脱水、裂化、烷基化、异构化、歧化、聚合等
3）配位催化：烯烃氧化、烯烃氢甲酰化、烯烃聚合、烯烃加氢、烯烃加成、甲醇羰 基化、烷烃氧化、酯交换等
《催化作用基础》总结
2010级
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第一章 绪论
• 催化剂的重要性质： • 活性：转化率 • 选择性：分数选择性，相对选择性，工业选择性，产率 • 寿命：寿命曲线（成熟，稳定，衰老） • 价格： • 选择催化剂应考虑的因素:选择性,寿命,活性,价格 • 固体催化剂的一般组成:载体,主催化剂(活性组份),助催化剂(载
精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
• 吸附热
1）吸附热与吸附剂的处理条件有关 一般：还原性吸附质在氧化型吸附剂上的吸附热较大 氧化性吸附质在还原型吸附剂上的吸附热较大
2）吸附热常随吸附温度而变化 原因： A 温度不同，化学吸附机理不同 B 温度不同，吸附层的活动性不同
3）脱附实验与吸附实验测得的吸附热可能不同 原因：条件不同，吸附层的平均键合能力不同
3.按催化反应类型分类
1）加氢
2）脱氢
3）部分氧化
4）完全氧化
5）水煤气变换
6）合成气
7）酸催化的裂化、歧化、异构化、烷基化、聚合、水合、脱水等反应
8）氧氯化反应
9）羰基化
10）聚合
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3
第一章 绪论
4.按催化剂分类 1）酸、碱催化剂 均相酸、碱催化剂 多相酸、碱催化剂（固体酸、碱催化剂 ） 2）金属催化剂 3）半导体催化剂 过渡金属氧化物 过渡金属硫化物 4）络合催化剂
氧化解离吸附：吸附时吸附物从吸附剂表面取走一对电子－ 吸附物得到电子(吸附剂 给出电子)。
2）非解离
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第二章 吸附作用与多相催化
• 化学吸附键
化学吸附：吸附物与吸附剂的作用方式不同 （1）双方共享电子，组成共价键 （2）双方电负性差别较大，组成离子键 （3）双方电负性差别不大，形成极性键
• 原子水平的固体表面是不均匀的 • 表面具有高浓度的位错和缺陷：
精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
• 分子在固体表面的吸附
吸附过程的推动力：固体表面自由能的降低 存在表面配位不饱和位
物理吸附作用力： van der Waals力 化学吸附作用力：价键力，形成化学键
精制知识
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总物结理：物吸理附吸与附化与学化吸学附吸的附区的区别别
满带、空带、导带、价带、禁带
满带：已充满带子的能带。
导带：未完全充满带子的能带。
空带：没有电子充填的能带。
价带：原子的外层价电子充填的能带。
禁带：各能带之间的间隙，电子不能存在的区域
精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
• 多相催化的反应步骤与扩散 • 固体表面 • 分子在固体表面的吸附 • 金属表面上的化学吸附 • 氧化物表面上的化学吸附 • 吸附等温线
精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
1.多相催化反应步骤 1）反应物分子从气流中向催化剂表面和孔内扩 散 2）反应物分子在催化剂内表面上吸附 3）吸附的反应物分子在催化剂表面上相互作 用进行化学反应 4）反应产物自催化剂内表面脱附 5）反应产物在孔内扩散并扩散到反应气流中 去
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第二章 吸附作用与多相催化
• 吸附质的可动性 两种寿命 定位吸附与非定为吸附
• 吸附位能曲线 物理吸附的重要性 物理吸附，弱化学吸附，强化学吸附的未能曲线
• 化学吸附的类型 1）解离(均裂，非均裂)，
还原解离吸附：吸附物中构成键的电子对在吸附时转移到吸 附剂表面－吸附物给出电子(吸附剂得到电子)。
精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
• 化学吸附热随吸附量或覆盖率的变化：
遮盖率越大，吸附热越小→表面不均匀
• 覆盖率不同，吸附位能曲线和活化能不同
当小时,H吸大,Ea小,Ed大；
当大时,H吸小,Ea大,Ed小；
当由小变大,H吸下降,Ea上升,Ed下降
原因：
1）表面不均匀性
2）吸附物种之间的相互作用
3）占有固体中不同的能级
精制知识
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精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
• 气体优先吸附在吸附能力强的活泼部位上 活泼部位的吸附速率快
• 表面不均匀性产生的根源： 不同晶面的暴露比例不同 晶体的边、角、面、边界、晶格缺陷和
孔 表面能量和功函不同
精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
• 晶体的电子结构
精制知识
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第质、配位多面体
1）晶体表面的晶面 暴露晶面的影响因素： 影响不同晶面暴露比例的因素：热力学 动力学 稳定的晶面特点： （1）单位面积上未满足的键的数目小； （2）电中性。
精制知识
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第二章 吸附作用与多相催化
• 晶体的缺陷 分类：点，线，面，立体 晶体表面的缺陷与催化作用