西安交通大学：《催化原理》课程教学课件（讲稿）吸附作用

iharbour中国催化三十年发展-林励吾、辛勤余祖熙、闵恩泽等建国以来形成了以张大煜、蔡生、蔡启瑞、老一辈科学家为代表的中科院、高校和产业部门的研究院构成催化研究队伍的三个方面军：·80年代科学春天的到来，我国催化领域的学者得益于改革开放政策的支持，通过国内外学术交流，接触国际催化理论的新思想把注意力集中在催化新材料、新反应、新表征方法的开拓研究。22021/11/25

中国催化三十年发展-林励吾、辛勤 • 建国以来形成了以张大煜、蔡鎦生、蔡启瑞、余祖熙、闵恩泽等 老一辈科学家为代表的中科院、高校和产业部门的研究院构成催 化研究队伍的三个方面军； • 80年代科学春天的到来，我国催化领域的学者得益于改革开放政 策的支持，通过国内外学术交流，接触国际催化理论的新思想， 把注意力集中在催化新材料、新反应、新表征方法的开拓研究。 2021/11/25 2

iharbour多孔介质上的多相催化反应历程滞流边界圈气流主体福球形催化剂A分子吸附态的A分子吸附态的B分子福B分子?气固相催化反应过程2021/11/25

多孔介质上的多相催化反应历程 2021/11/25 7

主观题设置10分根据图示描述气固多相催化反应7个步骤ReactionReactantA-→ProductP催化剂堂3+14反应器P作答82021/11/25

2021/11/25 8 根据图示描述气固多相催化反应7个步骤。 作答 正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂 Reaction Reactant A → Product P 反应器 催化剂 主观题 10分

iharbourReactionReactantA-→ProductP(1）反应物从气流主体扩散到催化剂颗粒外表面-外扩散(2）反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散-内扩散催化剂(3）反应物在催化剂表面活性中心上吸附（4）吸附在活性中心的反应物进行化学反应(5)产物在催化剂表面活性中心上脱附(6)产物从催化剂内表面扩散到外表面-内扩散反应器(7）产物从外表面扩散到气流主体-外扩散2021/11/25

(1) 反应物从气流主体扩散到催化剂颗粒外表面-外扩散 (2) 反应物从外表面向催化剂的孔道内部扩散-内扩散 (3) 反应物在催化剂表面活性中心上吸附 (4) 吸附在活性中心的反应物进行化学反应 (5) 产物在催化剂表面活性中心上脱附 (6) 产物从催化剂内表面扩散到外表面-内扩散 (7) 产物从外表面扩散到气流主体-外扩散 Reaction Reactant A → Product P 反应器 催化剂 2021/11/25 9

iharbour气固多相催化反应步骤反应物从气流扩散到催化剂表面（外扩散内扩散）；反应物在催化剂表面上吸附形成表面物种(吸附）;表面物种反应形成吸附态产物（表面反应);吸附态产物从催化剂表面脱附形成气相产物（脱附）;气相产物从催化剂表面扩散到气流（内扩10教外扩散）

气固多相催化反应步骤 ： 反应物从气流扩散到催化剂表面（外扩散 - 内扩散）； 反应物在催化剂表面上吸附形成表面物种 （吸附） ； 表面物种反应形成吸附态产物（表面反 应）； 吸附态产物从催化剂表面脱附形成气相产 物（脱附）； 气相产物从催化剂表面扩散到气流（内扩 2021/11/25 散-外扩散）。 10

iharbour一、概述在气固多相催化反应过程中，都包含吸附步骤至少有一种反应物参与吸附过程多相催化反应的机理与吸附的机理不可分割。BsorptionadsorptionBsurfaceTTTITTTTTTTTsurfacesurfacemigrationreactionLangmuir-HinshelwoodMechanismEley-RidealMechanism

一、概述 Langmuir-Hinshelwood Mechanism Eley-Rideal Mechanism ⚫ 在气固多相催化反应过程中，都包含吸附步骤 ⚫ 至少有一种反应物参与吸附过程 ⚫ 多相催化反应的机理与吸附的机理不可分割

iharbour固体表面（surface）原子与体相（bulk）原子的最大区别：表面原子配位不饱和，从而表现出高的化学反应活性吸附（adsorption）：气体在固体表面的累积吸收（absorption）：体相的吸附。吸附剂（adsorbent）：吸附气体的固体物质，吸附质（adsorbate）：被吸附的气体。吸附态：吸附质在表面吸附以后的状态。吸附中心/吸附位：吸附剂表面发生吸附的局部位置吸附过程：固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。脱附（desorption）：固体表面气体浓度的减小。脱附过程：气体在表面上的浓度减小的过程

固体表面（surface）原子与体相（bulk）原子的最大区别：表面原子配位不饱和 ，从而表现出高的化学反应活性。 吸附（adsorption）：气体在固体表面的累积。 吸收（absorption）：体相的吸附。 吸附剂（adsorbent）:吸附气体的固体物质。 吸附质（adsorbate）:被吸附的气体。 吸附态：吸附质在表面吸附以后的状态。 吸附中心/吸附位：吸附剂表面发生吸附的局部位置。 吸附过程：固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。 脱附（desorption）: 固体表面气体浓度的减小。 脱附过程：气体在表面上的浓度减小的过程

iharbour体相原子配位数：12表面原子配位数：9面心立方最密堆积（FCC)3fold site4fold site三重吸附位2fold四重吸附位4top顶位site桥位表面的吸附位

表面的吸附位 3 fold site 三重吸附位 4 fold site 四重吸附位 桥位 顶位 面心立方最密堆积（FCC） 体相原子配位数：12 表面原子配位数：9

iharbour物理吸附·物理吸附：分子靠范德华力吸附类似于凝聚，分子结构变化不大，不发生电子转移与化学键破坏。·物理吸附可以改变反应物质在催化剂表面浓度，从而影响反应速率，但影响不大。物理吸附是非选择性的整个催化剂表面都起作用，故可用物理吸附来测定催化剂的孔结构如比表面、孔径、孔容、孔径分布等

• 物理吸附：分子靠范德华力吸附，类似于凝聚，分子结构变化不大，不 发生电子转移与化学键破坏。 • 物理吸附可以改变反应物质在催化剂表面浓度，从而影响反应速率，但 影响不大。 • 物理吸附是非选择性的，整个催化剂表面都起作用，故可用物理吸附来 测定催化剂的孔结构，如比表面、孔径、孔容、孔径分布等。 物理吸附

iharbour化学吸附·化学吸附：吸附质(adsorbent)与吸附剂(adsorber)表面发生化学反应。·化学吸附有高度的选择性只发生在催化活性位·催化与化学吸附直接相关催化剂的活性与它对一种或几种反应物的化学吸附能力相关。研究活性位的本质通过化学吸附的研究可以探究催化催化过程的机理、催化活性和选择性的根源

• 化学吸附：吸附质(adsorbent)与吸附剂(adsorber)表面发生化学反应。 • 化学吸附有高度的选择性，只发生在催化活性位。 • 催化与化学吸附直接相关，催化剂的活性与它对一种或几种反应物的化学 吸附能力相关。 • 通过化学吸附的研究可以探究催化催化过程的机理、活性位的本质，研究 催化活性和选择性的根源。 化学吸附