第一篇：化學(xué)動力學(xué)與催化課程總結(jié)

化學(xué)動力學(xué)與催化課程總結(jié)

化學(xué)動力學(xué)與催化中的化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)部分是物理化學(xué)研究的領(lǐng)域之一。在《物理化學(xué)》這門課程的多個版本的教材中，都有對化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)或詳或略的介紹。化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的條件對化學(xué)反應(yīng)過程速率的影響、化學(xué)反應(yīng)的歷程和物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)能力之間的關(guān)系這三個方面的內(nèi)容。

化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)基礎(chǔ)包括經(jīng)典反應(yīng)動力學(xué)的基本定理，簡單級次反應(yīng)，典型的復(fù)雜反應(yīng)和反應(yīng)動力學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法等方面的內(nèi)容。

對于任意一個化學(xué)反應(yīng)，我們描述其反應(yīng)機(jī)理可用總包反應(yīng)中的基元反應(yīng)來表達(dá)。在基元反應(yīng)動力學(xué)這部分中，我們分別學(xué)習(xí)了分子碰撞理論和過渡態(tài)理論這兩種不同的描述形式。通過學(xué)習(xí)，我們由這兩種形式得出共同共同的指數(shù)形式的結(jié)論。這說明，不論我們用哪種理論來描述基元反應(yīng)過程，其最終的結(jié)果都是接近反應(yīng)的真實(shí)形式，其間引入的條件不同，得到結(jié)論的接近程度也不相同。

由基元反應(yīng)我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)了鏈反應(yīng)這種在某種程度上可看似自發(fā)的連鎖反應(yīng)。不同的條件下鏈反應(yīng)的變現(xiàn)形式也不盡相同，在最基本的支鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)為單元的骨架下，鏈反應(yīng)可呈現(xiàn)多種多樣的形式。鏈反應(yīng)給我的最初印象猶如核聚變或蝴蝶效應(yīng)。但是在一個看似簡單的化學(xué)反應(yīng)中，通過不同的自由基的確定，分化出若干個詳細(xì)的具體的化學(xué)反應(yīng)，這個過程和結(jié)果還是十分有趣的。

由于參與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物的存在形式可能不同，在化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)中，又分為均相反應(yīng)和非均相反應(yīng)-即復(fù)相反應(yīng)。均相反應(yīng)分為氣相反應(yīng)和液相反應(yīng)。相對來說，氣相反應(yīng)比較簡單，用碰撞理論和過渡態(tài)理論比較好解釋。液相反應(yīng)比較復(fù)雜，對擴(kuò)散的分析和動力學(xué)的分析用到了大量數(shù)學(xué)模型和假說。另外，液相離子反應(yīng)相對液相分子反應(yīng)考慮的物理因素更多，分析也更為繁瑣。

復(fù)相反應(yīng)是化學(xué)工程工藝中接觸較多的反應(yīng)類型，也即實(shí)際生活中用到較多的反應(yīng)類型。人們把其中的固-氣界面反應(yīng)和固-液界面反應(yīng)稱為表面反應(yīng)。為了研究表面反應(yīng)，人們建立了以物理假說為基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)模型，并通過數(shù)學(xué)模型建立了多個等溫式和研究機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明，這些機(jī)理在某些條件下可很好的解釋并計算表面反應(yīng)，為人們分析、計算并預(yù)測表面反應(yīng)提供了便利條件。

在催化部分，我們學(xué)習(xí)了不同的催化形式。其中酸堿催化和酶的催化對于我們以后的學(xué)習(xí)、工作尤為重要。酶是生命進(jìn)化史上的一大奇跡，它的出現(xiàn)，使很多在常溫常壓下不可能的化學(xué)反應(yīng)成為可能。似乎在暗示我們，今后可以用仿生學(xué)原理，在化工材料的生產(chǎn)應(yīng)用方面大有作為。

第二篇：催化化學(xué)論文

催化化學(xué)期末論文（設(shè)計）

題目：催化劑的研究發(fā)展及應(yīng)用簡介

學(xué) 院： 化學(xué)與化工學(xué)院

專 業(yè)： 材 料 化 學(xué) 班 級： 材 化 101 班 學(xué) 號： 1008110024 學(xué)生姓名： 朱 清 元 教 師： 袁 強(qiáng)

2013年6月14日

目 錄

摘 要..........................................................................................................................3 Abstract..........................................................................................................................3 第一章 前 言............................................................................................................4 第二章 催化劑技術(shù)發(fā)展歷史簡介............................................................................4 2.1萌芽時期........................................................................................................5 2.2奠基時期........................................................................................................5 2.2.1金屬催化劑的出現(xiàn)...............................................................................5 2.2.2氧化物催化劑的出現(xiàn)...........................................................................6 2.2.3液態(tài)催化劑的出現(xiàn)...............................................................................6 2.3更新?lián)Q代時期................................................................................................6 2.3.1高效絡(luò)合催化劑的出現(xiàn).....................................................................6 2.3.2 固體催化劑的工業(yè)應(yīng)用....................................................................7 2.3.3分子篩催化劑的工業(yè)應(yīng)用.................................................................7 2.3.4環(huán)境保護(hù)催化劑的工業(yè)應(yīng)用.............................................................7 2.3.5生物催化劑的工業(yè)應(yīng)用.....................................................................8 第三章 新型催化劑的開發(fā)與應(yīng)用..............................................................................8 3.1新型煉油與化工催化劑的研究......................................................................8 3.2新型汽車尾氣凈化催化劑研究......................................................................9 3.3新型光催化劑的研究......................................................................................9 3.4新型生物催化劑研究....................................................................................10 第四章 對我國催化劑研究的一些建議....................................................................11 4.1加快環(huán)保催化劑開發(fā)速度............................................................................11 4.2高分子聚合催化劑........................................................................................11 4.3有機(jī)合成、精細(xì)化工催化劑........................................................................11 4.4新催化材料的研制及應(yīng)用............................................................................11 參考文獻(xiàn)......................................................................................................................13

催化劑的研究發(fā)展及應(yīng)用簡介

摘 要

本文較簡單的的介紹了催化劑的發(fā)展歷史及介紹了國內(nèi)外各種催化劑新技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品發(fā)展動態(tài)和發(fā)展趨勢，針對我國催化劑技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對催化劑行業(yè)的發(fā)展提出了自己的見解。關(guān)鍵詞：催化劑 技術(shù) 材料 新產(chǎn)品

Abstract

This relatively simple introduction to the history and development of catalyst introduced various domestic and catalyst of new technologies, new materials, new product developments and trends for our catalyst technology development status, the catalyst industry put forward their own ideas.Keys : Catalyst

technology

materials

new products

第一章 前 言

催化劑又稱觸媒，在初中階段的定義是能改變化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量、組成和化學(xué)性質(zhì)在參加化學(xué)反應(yīng)前后保持不變的物質(zhì)。例如二氧化錳可以作為過氧化氫（雙氧水）分解的催化劑。催化劑分為和正催化劑逆催化劑，正催化劑有助于反應(yīng)向正方向移動，逆催化劑有助于反應(yīng)向逆方向移動。

催化劑的主要作用是降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，加速反應(yīng)速率，因此被廣泛應(yīng)用于煉油、化工、制藥、環(huán)保等行業(yè)。催化劑的技術(shù)進(jìn)展是推動這些行業(yè)發(fā)展的最有效的動力之一。一種新型催化材料或新型催化劑工業(yè)的問世，往往引發(fā)革命性的工業(yè)變革，并伴隨產(chǎn)生巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。1913年，鐵基催化劑的問世實(shí)現(xiàn)了氨的合成，從此化肥工業(yè)在世界范圍迅速發(fā)展；20世紀(jì)50年代初，分子篩憑借其特殊的結(jié)構(gòu)和性能引發(fā)了催化領(lǐng)域的一場變革；20世紀(jì)70年代，汽車尾氣凈化催化劑在美國實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，并在世界范圍內(nèi)引起了普遍重視；20世紀(jì)80年代，金屬茂催化劑使得聚烯烴工業(yè)出現(xiàn)新的發(fā)展機(jī)遇。目前，人類正面臨著諸多重大挑戰(zhàn)，如：資源的日益減少，需要人們合理開發(fā)、綜合利用資源，建立和發(fā)展資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通運(yùn)輸以及生活體系；經(jīng)濟(jì)發(fā)展使環(huán)境污染蔓延、自然生態(tài)惡化，要求建立和發(fā)展物質(zhì)全循環(huán)利用的生態(tài)產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)到應(yīng)用的清潔化。這些重大問題的解決無不與催化劑和催化技術(shù)息息相關(guān)。因此，許多國家尤其是發(fā)達(dá)國家，非常重視新催化劑的研制和催化技術(shù)的發(fā)展，均將催化劑技術(shù)作為新世紀(jì)優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)。

第二章 催化劑技術(shù)發(fā)展歷史簡介

從19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，化學(xué)工業(yè)中利用催化技術(shù)的生產(chǎn)過程日益增多，為適應(yīng)對工業(yè)催化劑的要求，逐步形成了產(chǎn)品品種多、制造技術(shù)進(jìn)步、生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)值與日俱增的催化劑工業(yè)。

2.1萌芽時期

催化劑工業(yè)發(fā)展史與工業(yè)催化過程的開發(fā)及演變有密切關(guān)系。1740年英國醫(yī)生J.沃德在倫敦附近建立了一座燃燒硫磺和硝石制硫酸的工廠接著，1746年英國J.羅巴克建立了鉛室反應(yīng)器，生產(chǎn)過程中由硝石產(chǎn)生的氧化氮實(shí)際上是一種氣態(tài)的催化劑，這是利用催化技術(shù)從事工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的開端。1831年P(guān).菲利普斯獲得二氧化硫在鉑上氧化成三氧化硫的英國專利。19世紀(jì)60年代，開發(fā)了用氯化銅為催化劑使氯化氫進(jìn)行氧化以制取氯氣的迪肯過程。1875年德國人E.雅各布在克羅伊茨納赫建立了第一座生產(chǎn)發(fā)煙硫酸的接觸法裝臵，并制造所需的鉑催化劑，這是固體工業(yè)催化劑的先驅(qū)。鉑是第一個工業(yè)催化劑，現(xiàn)在鉑仍然是許多重要工業(yè)催化劑中的催化活性組分。19世紀(jì)，催化劑工業(yè)的產(chǎn)品品種少，都采用手工作坊的生產(chǎn)方式。由于催化劑在化工生產(chǎn)中的重要作用，自工業(yè)催化劑問世以來，其制造方法就被視為秘密。2.2奠基時期

在這一時期內(nèi)，制成了一系列重要的金屬催化劑，催化活性成分由金屬擴(kuò)大到氧化物，液體酸催化劑的使用規(guī)模擴(kuò)大。制造者開始利用較為復(fù)雜的配方來開發(fā)和改善催化劑，并運(yùn)用高度分散可提高催化活性的原理，設(shè)計出有關(guān)的制造技術(shù)，例如沉淀法、浸漬法、熱熔融法、浸取法等，成為現(xiàn)代催化劑工業(yè)中的基礎(chǔ)技術(shù)。催化劑載體的作用及其選擇也受到重視，選用的載體包括硅藻土、浮石、硅膠、氧化鋁等。為了適應(yīng)于大型固定床反應(yīng)器的要求，在生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)了成型技術(shù)，已有條狀和錠狀催化劑投入使用。這一時期已有較大的生產(chǎn)規(guī)模，但品種較為單一，除自產(chǎn)自用外，某些廣泛使用的催化劑已作為商品進(jìn)入市場。同時，工業(yè)實(shí)踐的發(fā)展推動了催化理論的進(jìn)展。1925年H.S.泰勒提出活性中心理論，這對以后制造技術(shù)的發(fā)展起了重要作用。2.2.1金屬催化劑的出現(xiàn)

20世紀(jì)初，在英國和德國建立了以鎳為催化劑的油脂加氫制取硬化油的工廠，1913年，德國巴登苯胺純堿公司用磁鐵礦為原料，經(jīng)熱熔法并加入助劑以生產(chǎn)鐵系氨合成催化劑。1923年F.費(fèi)歇爾以鈷為催化劑，從一氧化碳加氫制烴取得成功。1925年，美國M.雷尼獲得制造骨架鎳催化劑的專利并投入生產(chǎn)，這

是一種從Ni-Si合金用堿浸去硅而得的骨架鎳。1926年，法本公司用鐵、錫、鉬等金屬為催化劑，從煤和焦油經(jīng)高壓加氫液化生產(chǎn)液體燃料，這種方法稱柏吉斯法。該階段奠定了制造金屬催化劑的基礎(chǔ)技術(shù)，包括過渡金屬氧化物、鹽類的還原技術(shù)和合金的部分萃取技術(shù)等，催化劑的材質(zhì)也從鉑擴(kuò)大到鐵、鈷、鎳等較便宜的金屬。

2.2.2氧化物催化劑的出現(xiàn)

鑒于19世紀(jì)開發(fā)的二氧化硫氧化用的鉑催化劑易被原料氣中的砷所毒化，出現(xiàn)了兩種催化劑配合使用的工藝。德國曼海姆裝臵中第一段采用活性較低的氧化鐵為催化劑，剩余的二氧化硫再用鉑催化劑進(jìn)行第二段轉(zhuǎn)化。這一階段，開發(fā)了抗毒能力高的負(fù)載型釩氧化物催化劑，并于1913年在德國巴登苯胺純堿公司用于新型接觸法硫酸廠，其壽命可達(dá)幾年至十年之久。20年代以后，釩氧化物催化劑迅速取代原有的鉑催化劑，并成為大宗的商品催化劑。制硫酸催化劑的這一變革，為氧化物催化劑開辟了廣闊前景。2.2.3液態(tài)催化劑的出現(xiàn)

1919年美國新澤西標(biāo)準(zhǔn)油公司開發(fā)以硫酸為催化劑從丙烯水合制異丙醇的工業(yè)過程，1920年建廠，至1930年，美國聯(lián)合碳化物公司又建成乙烯水合制乙醇的工廠。這類液態(tài)催化劑均為簡單的化學(xué)品。2.3更新?lián)Q代時期

在這一階段，高效率的絡(luò)合催化劑相繼問世；為了節(jié)能而發(fā)展了低壓作業(yè)的催化劑；固體催化劑的造型漸趨多樣化；出現(xiàn)了新型分子篩催化劑；開始大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境保護(hù)催化劑；生物催化劑受到重視。各大型催化劑生產(chǎn)企業(yè)紛紛加強(qiáng)研究和開發(fā)部門的力量，以適應(yīng)催化劑更新?lián)Q代周期日益縮短的趨勢，力爭領(lǐng)先，并加強(qiáng)對用戶的指導(dǎo)性服務(wù)，出現(xiàn)了經(jīng)營催化劑的跨國公司。重要特點(diǎn)是 2.3.1高效絡(luò)合催化劑的出現(xiàn)

60年代，曾用鈷絡(luò)合物為催化劑進(jìn)行甲醇羰基化制醋酸的過程，但操作壓力很高，而且選擇性不好。1970年左右出現(xiàn)了孟山都公司開發(fā)的低壓法甲醇羰基化過程，使用選擇性很高的銠絡(luò)合物催化劑。后來又開發(fā)了膦配位基改性的銠絡(luò)合物催化劑，用于從丙烯氫甲?；贫∪＿@種催化劑與原有的鈷絡(luò)合物催化

劑比較，具有很高的正構(gòu)醛選擇性，而且操作壓力低，1975年以后美國聯(lián)合碳化物公司大規(guī)模使用。利用銠絡(luò)合物催化劑。從α-氨基丙烯酸加氫制手性氨基酸的過程，在70年代出現(xiàn)。這些催化劑均用于均相催化系統(tǒng)。繼鉑和鈀之后，大約經(jīng)歷了一個世紀(jì)，銠成為用于催化劑工業(yè)的又一貴金屬元素，在碳一化學(xué)發(fā)展中，銠催化劑將有重要意義。一氧化碳與氫直接合成乙二醇所用的銠絡(luò)合物催化劑正在開發(fā)。絡(luò)合催化劑的另一重大進(jìn)展是70年代開發(fā)的高效烯烴聚合催化劑，這是由四氯化鈦－烷基鋁體系負(fù)載在氯化鎂載體上形成的負(fù)載型絡(luò)合催化劑，其效率極高，一克鈦可生產(chǎn)數(shù)十至近百萬克聚合物，因此不必從產(chǎn)物中分離催化劑，可節(jié)約生產(chǎn)過程中的能耗。2.3.2 固體催化劑的工業(yè)應(yīng)用

1966年英國卜內(nèi)門化學(xué)工業(yè)公司開發(fā)低壓合成甲醇催化劑，用銅-鋅-鋁-氧催化劑代替了以往高壓法中用的鋅-鉻-鋁-氧催化劑，使過程壓力從 24～30MPa降至5～10MPa，可適應(yīng)當(dāng)代烴類蒸汽轉(zhuǎn)化制氫流程的壓力范圍，達(dá)到節(jié)能的目的。這種催化劑在70年代投入使用。為了達(dá)到提高生產(chǎn)負(fù)荷、節(jié)約能量的目標(biāo)，70年代以來固體催化劑造型日益多樣化，出現(xiàn)了諸如加氫精制中用的三葉形、四葉形催化劑，汽車尾氣凈化用的蜂窩狀催化劑，以及合成氨用的球狀、輪輻狀催化劑。對于催化活性組分在催化劑中的分布也有一些新的設(shè)計，例如裂解汽油一段加氫精制用的鈀／氧化鋁催化劑，使活性組分集中分布在近外表層 2.3.3分子篩催化劑的工業(yè)應(yīng)用

繼石油煉制催化劑之后，分子篩催化劑也成為 , 石油化工催化劑的重要品種。70年代初期，出現(xiàn)了用于二甲苯異構(gòu)化的分子篩催化劑，代替以往的鉑/氧化鋁；開發(fā)了甲苯歧化用的絲光沸石(M-分子篩)催化劑。1974年莫比爾石油公司開發(fā)了ZSM-5型分子篩，用于擇形重整，可使正烷烴裂化而不影響芳烴。70 年代末期開發(fā)了用于苯烷基化制乙苯的ZSM-5分子篩催化劑，取代以往的三氯化鋁。80年代初，開發(fā)了從甲醇合成汽油的ZSM-5分子篩催化劑。在開發(fā)資源、發(fā)展碳一化學(xué)中，分子篩催化劑將有重要作用 2.3.4環(huán)境保護(hù)催化劑的工業(yè)應(yīng)用

1975年美國杜邦公司生產(chǎn)汽車排氣凈化催化劑，采用的是鉑催化劑，鉑用量巨大，1979年占美國用鉑總量的57％，達(dá)23.33t（750000金衡盎司）。目前，環(huán)保催化劑與化工催化劑（包括合成材料、有機(jī)合成和合成氨等生產(chǎn)過程中用的催化劑）和石油煉制催化劑并列為催化劑工業(yè)中的三大領(lǐng)域。2.3.5生物催化劑的工業(yè)應(yīng)用

在化學(xué)工業(yè)中使用生化方法的過程增多。60年代中期，酶固定化的技術(shù)進(jìn)展迅速。1969年，用于拆分乙?；?DL-氨基酸的固定化酶投入使用。70年代以后，制成了多種大規(guī)模應(yīng)用的固定化酶。1973年制成生產(chǎn)高果糖糖漿的葡萄糖異構(gòu)酶，不久即大規(guī)模使用。1985年，丙烯腈水解酶投入工業(yè)使用。生物催化劑的發(fā)展將引起化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的巨大變化。此外，還發(fā)展用于能源工業(yè)的催化劑，例如燃料電池中用鉑載在碳或鎳上作催化劑，以促進(jìn)氫與氧的化合.第三章 新型催化劑的開發(fā)與應(yīng)用

3.1新型煉油與化工催化劑的研究

新型、高效催化劑的研制，是石油和化學(xué)工業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的基礎(chǔ)。近年來，國際上有關(guān)催化劑的研究中，近50%的工作圍繞開發(fā)新型催化劑展開，且對其重視程度日益增加。另一顯著特點(diǎn)，是新型催化劑的開發(fā)與環(huán)境的友好密切聯(lián)系，即要求催化劑及催化技術(shù)生產(chǎn)生活必須品的同時，從源頭消除污染。從國際權(quán)威檢索系統(tǒng)收錄的研究論文數(shù)量來看，有關(guān)新型催化劑的報道自1990年至1999年至少增加了15倍，其中固體酸、固體堿、選擇性氧化等新型催化劑發(fā)展極為迅速。固體酸催化劑是近年來國際上發(fā)展起來的一類新型催化劑，因其可在酯化、烷基化、異構(gòu)化等重要反應(yīng)中替代傳統(tǒng)硫酸催化劑，并從源頭杜絕污染，從而成為發(fā)展勢頭最為強(qiáng)勁的一類新型催化劑。均相堿催化劑在化學(xué)品合成中占有相當(dāng)比例，如環(huán)氧化物開環(huán)加成合成表面活性劑、酯交換制備精細(xì)化學(xué)品等，但因嚴(yán)重的污染問題對環(huán)境造成惡劣的影響。近年來，以固體堿替代傳統(tǒng)氫氧化鈉等液堿催化劑已成為必然的發(fā)展趨勢。由于對催化劑活性、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的要求，煤液化催化劑的研究重點(diǎn)已經(jīng)集中在超細(xì)粒分散型鐵基催化劑的制備與加入方式上，今后的研究課題仍需在用離子交換法引入催化劑的制備與加入方式上，今后的研究課題仍需在用離子交換法引入催化劑的方式、直接浸漬方法的改進(jìn)、納米級氧化鐵和改性（硫化）氧化鐵的應(yīng)用、低濃度的可促進(jìn)鐵基催化劑活性提高 8 的金屬的加入等方面做工作。3.2新型汽車尾氣凈化催化劑研究

隨著汽車發(fā)動機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用及環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，汽車尾氣轉(zhuǎn)化催化劑將呈一下發(fā)展趨勢。首先，為提高燃料燃燒效率和減少CO的排放，汽車發(fā)動機(jī)將逐漸采用貧燃技術(shù)。據(jù)有關(guān)報道，改發(fā)動機(jī)比常規(guī)發(fā)動機(jī)的燃燒經(jīng)濟(jì)性高出20%~25%。由于氧氣過剩，因而將NOX還原脫出就成為一技術(shù)難題。目前正在研究的解決方案包括NOX捕集、選擇性還原和電熱催化劑等，該技術(shù)可望于近期在歐洲工業(yè)化。其次是設(shè)計發(fā)動機(jī)時能快速預(yù)熱的催化劑。在歐洲和北美，汽車排放污染物主要是在催化轉(zhuǎn)化器預(yù)熱之前的早期排放引起的。在今后數(shù)年中，美國、歐洲和日本將生效的更為嚴(yán)格的排放限制主要是針對啟動前20~30s尾氣的凈化。此外，汽車尾氣轉(zhuǎn)化催化劑生產(chǎn)商正致力于減少催化劑中的貴金屬含量。第三是消除H2S的排放。剛裝上催化轉(zhuǎn)化器的汽車在行駛時會產(chǎn)生難聞的氣味，這是由于催化轉(zhuǎn)化器中積累的硫以H2S的形式排出，目前合適的解決辦法正在研究之中。

3.3新型光催化劑的研究

20世紀(jì)70年代初的石油危機(jī)不僅帶來了光電化學(xué)的迅速發(fā)展，而且引起了對光催化劑領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。近三十年來，由于在環(huán)境致力，太陽能轉(zhuǎn)換、臨床醫(yī)學(xué)等諸多方面的潛在應(yīng)用，光催化及其相關(guān)技術(shù)得到了快速發(fā)展，尤其在污水處理和太陽能轉(zhuǎn)換方面得到了廣泛研究。

目前凈化水的技術(shù)有很多是借助于化學(xué)方法。光催化劑作為污水治理的新技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：一是作為目前研究最為廣泛的高活性光催化劑TiO2可以吸收4%~5%的太陽光，且具有穩(wěn)定性好、無毒、廉價等優(yōu)點(diǎn)。二是除來源于空氣中的氧以外，不需要添加其他水溶性的氧化劑就可以分解有機(jī)污染物，原理上不需要添加其他化學(xué)藥品。三是同時進(jìn)行氧化過程和還原過程。四是可以氧化其他高級氧化技術(shù)方法無法分解的穩(wěn)定有機(jī)物。五是TiO2的殺菌作用是光催化劑的重要優(yōu)點(diǎn)。

近年來，以日本、歐美為主的國家紛紛投入巨資和大量的人力進(jìn)行相關(guān)的開發(fā)研究，每年都有大量的研究成果。據(jù)介紹，目前光催化劑開發(fā)的熱點(diǎn)主要是：非TiO2半導(dǎo)體材料的研究；混合/復(fù)合半導(dǎo)體材料的開發(fā)研究參雜TiO2催化劑；

催化劑的表面修飾；制備方法和處理途徑的探索等。

從光催化劑應(yīng)用的前景來看，目前主要應(yīng)用領(lǐng)域：一是TiO2涂層的自潔凈功能。將TiO2鍍在建筑材料、交通工具、室內(nèi)裝修材料的外表，利用生活中的太陽光、照明燈光即能分解這些表層的污染物，雨水清洗即實(shí)現(xiàn)自潔功能。二是超親水性能用于制備防霧設(shè)備。如涂有超親水光催化性薄膜的玻璃遇到水氣時表面形成了均勻的水膜，所以鏡像保持清晰。三是空氣和水資源的凈化。水處理的分類有各種不同領(lǐng)域，如對上下水源的處理，工廠排水、農(nóng)業(yè)的處理等在醫(yī)學(xué)方面用來消滅病菌和病毒也受到極大的關(guān)注。此外，光催化反應(yīng)還在防腐、印刷、光儲存等諸多方面有著潛在的應(yīng)用前景。

光催化要成為實(shí)用技術(shù)目前尚存在許多難點(diǎn)，如反應(yīng)速度慢、量子效率低等，特別需要考慮污染物本身的特征以及可能產(chǎn)生有害的副產(chǎn)物。要想從根本上解決如上問題，關(guān)鍵是要改善催化劑已成為光催化劑研究的重要課題。利用多相光催化治理污染的過程不需要能源和化學(xué)氧化劑，催化劑無毒、廉價、反應(yīng)物活性高、無選擇性。并且可能完全礦化有機(jī)物，破壞微生物。如果找到量子效率足夠高的光催化劑，該項(xiàng)技術(shù)將有十分廣闊的發(fā)展前景。3.4新型生物催化劑研究

生物催化劑技術(shù)是化學(xué)生物技術(shù)的一個組成部分，作為化學(xué)合成的一種手段或工具的重要性越來越大。消費(fèi)者對新產(chǎn)品的需求、產(chǎn)業(yè)界要求提高收益并降低成本、政府和行政部門對加強(qiáng)管理的壓力以及新技術(shù)出現(xiàn)和科學(xué)發(fā)明等推動了生物催化劑的應(yīng)用。精細(xì)化學(xué)品制造商不斷采用酶工藝制備手性中間體。美國的酶合成工藝正在向生產(chǎn)光性醫(yī)藥中間體的傳統(tǒng)合成工藝挑戰(zhàn)。目前使用的工業(yè)催化劑有青霉素?；?、天冬酶、磷脂酶、氨轉(zhuǎn)移酶、富馬酸酶以及固定化大腸桿菌等。用工業(yè)生物催化劑生產(chǎn)的產(chǎn)品有L-苯丙氨酸、L-天冬氨酸、綜合氨基酸、L-亮氨酸、丙烯酰胺、L-蘋果酸、L-丙氨酸、6-氨基青霉烷酸、氨芐青霉素、頭孢氨芐等。目前生物催化工業(yè)已經(jīng)產(chǎn)生重大影響。在傳統(tǒng)方面，微生物和酶工藝已經(jīng)被用于生物衍生原料。現(xiàn)在開始擴(kuò)展到石油衍生材料領(lǐng)域，并且手性酶在有機(jī)藥品合成及柴油微生物脫硫中得到廣泛應(yīng)用，在反應(yīng)中作歧化劑。生物催化合成技術(shù)與傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)過程相比，具有潛在的優(yōu)越性，其選擇性好，效率高，生產(chǎn)費(fèi)用低。酶催化可用于精細(xì)化學(xué)生產(chǎn)，范圍包括藥品和農(nóng)用化學(xué)品。酶不僅 10

對天然物催化有效，并且可用于非天然物的崔化反應(yīng)，其催化選擇性較高，可在常溫條件下反應(yīng)，易用于處理廢料。將傳統(tǒng)的化學(xué)合成轉(zhuǎn)化為生物催化過程，具有費(fèi)用大大節(jié)減和環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，它可提高天然原材料的使用率。目前，杜邦等公司已注冊酶工藝生產(chǎn)1,3-丙二醇的專利。生產(chǎn)過程利用了不同碳水化合物一步發(fā)酵技術(shù)。該產(chǎn)品已應(yīng)用于聚對苯二甲酸三甲酯類聚酯的生產(chǎn)。催化劑在我們的生活中已經(jīng)是必不可少的化學(xué)試劑了，而且也在不斷的發(fā)展著，它在我們的使用中也在不斷的改進(jìn)，它已經(jīng)運(yùn)用在我們生活的方方面面。

第四章 對我國催化劑研究的一些建議

4.1加快環(huán)保催化劑開發(fā)速度

我國環(huán)境保護(hù)形勢嚴(yán)峻,目前仍在繼續(xù)造成新的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。根據(jù)環(huán)保的需要,應(yīng)主要開發(fā)生產(chǎn)用于處理汽車尾氣的新型工業(yè)催化劑(特別是貴金屬含量少的),潔凈空氣燃料添加劑合成的新型添加劑,用于除去揮發(fā)性有機(jī)物和新的烴基化催化劑,以適應(yīng)日益嚴(yán)格要求的環(huán)保形勢。4.2高分子聚合催化劑

高分子聚合催化劑是合成材料的核心技術(shù),直接影響石油化工、機(jī)械電子、建筑材料(化學(xué)建材)、汽車工業(yè)等支柱產(chǎn)業(yè)有關(guān)材料的生產(chǎn)技術(shù)水平。目前我國合成材料雖然發(fā)展很快,但合成材料的數(shù)量和質(zhì)量都滿足不了市場的需求,還靠大量進(jìn)口,因此要加快聚合催化劑的研制,特別是高分子材料中最為重要的聚烯烴催化劑的研制。

4.3有機(jī)合成、精細(xì)化工催化劑

我國有機(jī)原料、原材料、中間體總的形勢是供不應(yīng)求,質(zhì)量不夠好,品種較少,難以形成系列,不少要靠進(jìn)口。針對這種情況,建議開發(fā)的重點(diǎn)是:低碳飽和烴和烯烴芳構(gòu)化及重芳烴輕質(zhì)化得到輕芳烴的各種新工藝所需催化劑,以擴(kuò)大長期緊缺的芳烴來源,通過脫氧和選擇性氧化等新型催化劑的研制開發(fā),利用低碳飽和烴,以擴(kuò)大有機(jī)原料來源;研制重要有機(jī)產(chǎn)品,精細(xì)化學(xué)品,精細(xì)化工原料及中間制備新型催化劑;改進(jìn)現(xiàn)有基本有機(jī)原料合成及凈化催化劑或研制新一代高效催化劑,使其活性、選擇性、壽命均有較大幅度的增加.4.4新催化材料的研制及應(yīng)用

新催化材料包括全新的材料和改進(jìn)現(xiàn)有材料兩方面,范圍極廣。今后的重點(diǎn)是結(jié)合舊工藝改進(jìn)和開發(fā)新工藝,研制具有我國特色的分子篩,強(qiáng)化二氧化欽載體催化劑的推廣應(yīng)用以及新型氧化鋁、氧化硅、復(fù)合材料、雜多酸、固體酸(堿)、均相催化劑和酶的固定化載體的研制開發(fā)等。催化技術(shù)是“九五”化學(xué)工業(yè)優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù),新型高效催化劑已列入國家專項(xiàng)支持的重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目,這為我國催化劑的研制開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳越.催化化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，1995 [2] 季生福，張謙溫等.催化劑基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011 [3] 謝立進(jìn).半導(dǎo)體光催化劑的研究現(xiàn)狀及展望[J].硅酸鹽通報,2005（6）[4] 吳興惠.光催化劑可見光化研究進(jìn)展[J].云南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003 [5] 余燈華，廖世軍.幾種新型光催化劑及其研究進(jìn)展[J].工業(yè)催化：2003（6）[6] 皇甫惠君，劉瑞斌.光催化降解電鍍污水中的COD[J].應(yīng)用化工，2013（4）[7] 吳梧桐.蛋白質(zhì)工程技術(shù)與新型生物催化劑設(shè)計[J].藥物生物技術(shù)，2004（1）[8] 朱炳辰，催化反應(yīng)工程[M].北京:中國石化出版社,1999 [9] 李紹紛，化學(xué)與催化反應(yīng)工程[M].北京:中化學(xué)工業(yè)出版社,1986 [10] 韓維屏等，催化化學(xué)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社.2003 [11] 王偉,白屏1汽車尾氣凈化緊密耦合催化轉(zhuǎn)化器[J].貴金屬, 2003, 9 [12] 譚宇新,王樂夫.貧燃條件下汽車尾氣凈化催化劑的研究[J].上海環(huán)境科學(xué), 1999, 9 [13] 彭友華,黃勇.國內(nèi)外催化劑發(fā)展概況與開發(fā)建議[J].實(shí)用技術(shù)市場，1998,2:29-31 [14] 崔艷宏,王 偉.催化劑發(fā)展對化學(xué)工業(yè)的影響[J].廣州化工,2013.41(4):39-40 [15] 秦玉楠.含鉬催化劑發(fā)展現(xiàn)狀市場與應(yīng)用前景[J].中國鉬業(yè)，1997,21（2）：111-115 [16] 華南平，楊平，杜玉如.CO高溫變換催化劑的發(fā)展[J].小氨肥設(shè)計技術(shù)，2005,26（4）： [17]翁玉攀,李慶水,張 鉦等.固體催化劑[J].化學(xué)工業(yè)出版社.1983,12

[18] 孫超.納米技術(shù)帶來的哲學(xué)思考［J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002，11(2): 66 －68

致 謝

首先，非常感謝袁強(qiáng)老師在給我們耐心細(xì)致的講解了催化化學(xué)這門知識，他淵博的知識讓我欽佩，他在學(xué)術(shù)上的專注精神以及他個人在各個方面所展現(xiàn)出來的人格魅力同樣深深的影響著我。在這段時間，他向我傳授了大量的專業(yè)知識，培育了我從事化學(xué)研究的素質(zhì)和能力。同時他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)謙遜的工作精神、高尚的人格魅力將會是我終生學(xué)習(xí)的精神榜樣。還要感謝化學(xué)系的所有老師，他們不僅是我學(xué)習(xí)上的良師同時也是我人生的導(dǎo)師，他們向我傳授了大量的專業(yè)知識的同時還教給了我許多做人的道理，是他們的真知灼見給予了我很大的啟迪。再次我還要感謝貴州大學(xué)的一切，感謝母校貴州大學(xué)，給我提供一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，感謝這里每一個給我?guī)椭蛶Ыo我感動的同學(xué)朋友，讓我最美好的四年青春歲月在這美麗的校園里過得豐富多彩。

在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請再次接受我誠摯的謝意!謹(jǐn)將此文獻(xiàn)給所有關(guān)心和幫助我的人!

材化101班

朱清元

2013年6月14日

第三篇：化學(xué)動力學(xué)學(xué)習(xí)心得

化學(xué)動力學(xué)學(xué)習(xí)心得

姓名：xx

學(xué)號：xx 1 什么是化學(xué)動力學(xué)

人類的生產(chǎn)實(shí)踐離不開能量,幾千年來使用的主要是化學(xué)能,即通過化學(xué)變化取得能量。人類從發(fā)明鉆木取火就開始認(rèn)識到化學(xué)能帶來的好處?；鹚幍陌l(fā)明使化學(xué)能與社會生活的關(guān)系更加密切欲取得化學(xué)能,必須使物質(zhì)起化學(xué)變化,變化的速率越快獲得能量的效率就越高。十九世紀(jì)中葉由于蒸汽機(jī)的發(fā)展,對鋼鐵和煤的需求急劇上升,礦主們已不能滿足火藥的效變,天才的諾貝爾發(fā)明了炸藥。炸藥的反應(yīng)速率之快超出人們的想像，所以人類社會的要求是與化學(xué)反應(yīng)的速率問題不可分的。化學(xué)動力學(xué)正是研究化學(xué)反應(yīng)的速度的科學(xué)?；瘜W(xué)動力學(xué)作為物理化學(xué)學(xué)科的一個分支已有很久的歷史,并概括為研究化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理與速率的科學(xué)?；瘜W(xué)動力學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了從現(xiàn)象的觀察到理論的分析,從宏觀的測量到微觀的探索,因而它又分為宏觀化學(xué)動力學(xué)和微觀反應(yīng)動力學(xué),后者又稱分子反應(yīng)動力學(xué)。

2化學(xué)動力學(xué)發(fā)展歷史

百年來化學(xué)動力學(xué)歷經(jīng)的三大發(fā)展階段:宏觀反應(yīng)動力學(xué)階段、元反應(yīng)動力學(xué)階段和微觀反應(yīng)動力學(xué)階段。這三大階段也體現(xiàn)了化學(xué)動力學(xué)研究領(lǐng)域和研究方法及技術(shù)手段的變化發(fā)展歷程。2.1宏觀反應(yīng)動力學(xué)階段

化學(xué)動力學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科,它的發(fā)展歷史始于質(zhì)量作用定律的建立。宏觀反應(yīng)動力學(xué)階段是研究發(fā)展的初始階段,大體上是從19世紀(jì)后半葉到20世紀(jì)初,主要特點(diǎn)是改變宏觀條件,如溫度、壓力、濃度等來研究對總反應(yīng)速率的影響,其間有3次諾貝爾化學(xué)獎頒給了與此相關(guān)的化學(xué)家。這一階段的主要標(biāo)志是質(zhì)量作用定律的確立和阿倫尼烏斯公式的提出。2.2元反應(yīng)動力學(xué)階段

元反應(yīng)動力學(xué)階段始于20世紀(jì)初至20世紀(jì)50年代前后,這是宏觀反應(yīng)動力學(xué)向微觀反應(yīng)動力學(xué)過渡的重要階段。其主要貢獻(xiàn)是反應(yīng)速率理論的提出、鏈反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)、快速化學(xué)反應(yīng)的研究、同位素示蹤法在化學(xué)動力學(xué)研究上的廣泛應(yīng)用以及新研究方法和新實(shí)驗(yàn)技術(shù)的形成,由此促使化學(xué)動力學(xué)的發(fā)展趨于成熟。在此階段有3次諾貝爾化學(xué)獎頒給了對化學(xué)動力學(xué)發(fā)展做出貢獻(xiàn)的化學(xué)家。2.3微觀反應(yīng)動力學(xué)階段

微觀反應(yīng)動力學(xué)階段是20世紀(jì)50年代以后化學(xué)動力學(xué)發(fā)展的又一新階段。這一階段最重要的特點(diǎn)是研究方法和技術(shù)手段的創(chuàng)新,特別是隨著分子束技術(shù)和激光技術(shù)在研究中的應(yīng)用而開創(chuàng)了分子反應(yīng)動力學(xué)研究新領(lǐng)域,帶來了眾多的新成果。尤其是20世紀(jì)80年代以來,僅從1986年到2002年的10多年間就有7次諾貝爾化學(xué)獎頒給了與此相關(guān)的化學(xué)家,可見其前沿性和創(chuàng)新性。

3化學(xué)動力學(xué)研究方法

3.1唯象動力學(xué)研究方法

也稱經(jīng)典化學(xué)動力學(xué)研究方法，它是從化學(xué)動力學(xué)的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)──濃度c與時間t的關(guān)系──出發(fā)，經(jīng)過分析獲得某些反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)──反應(yīng)速率常數(shù) k、活化能Ea、指前因子A。用這些參數(shù)可以表征反應(yīng)體系的速率特征，常用的關(guān)系式有：

式中r為反應(yīng)速率；A、B、C、D為各物質(zhì)的濃度；α、β、γ、δ稱為相對于物質(zhì)A、B、C、D的級數(shù)；R為氣體常數(shù)；T 為熱力學(xué)溫度。

化學(xué)動力學(xué)參數(shù)是探討反應(yīng)機(jī)理的有效數(shù)據(jù)。20世紀(jì)前半葉，大量的研究工作都是對這些參數(shù)的測定、理論分析以及利用參數(shù)來研究反應(yīng)機(jī)理。但是，反應(yīng)機(jī)理的確認(rèn)主要依賴于檢出和分析反應(yīng)中間物的能力。20世紀(jì)后期，自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動力學(xué)研究的普遍開展，給化學(xué)動力學(xué)帶來兩個發(fā)展趨向：一是對元反應(yīng)動力學(xué)的廣泛研究；二是迫切要求建立檢測活性中間物的方法，這個要求和電子學(xué)、激光技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了快速反應(yīng)動力學(xué)的發(fā)展。對暫態(tài)活性中間物檢測的時間分辨率已從50年代的毫秒級變?yōu)槠っ爰墶?.2分子反應(yīng)動力學(xué)研究方法

從微觀的分子水平來看，一個元化學(xué)反應(yīng)是具有一定量子態(tài)的反應(yīng)物分子間的互相碰撞，進(jìn)行原子重排，產(chǎn)生一定量子態(tài)的產(chǎn)物分子以至互相分離的單次反應(yīng)碰撞行為。用過渡態(tài)理論解釋，它是在反應(yīng)體系的超勢能面上一個代表體系的質(zhì)點(diǎn)越過反應(yīng)勢壘的一次行為。原則上，如果能從量子化學(xué)理論計算出反應(yīng)體系的正確的勢能面，并應(yīng)用力學(xué)定律計算具有代表性的點(diǎn)在其上的運(yùn)動軌跡，就能計算反應(yīng)速率和化學(xué)動力學(xué)的參數(shù)。但是，除了少數(shù)很簡單的化學(xué)反應(yīng)以外，量子化學(xué)的計算至今還不能得到反應(yīng)體系的可靠的完整的勢能面。因此，現(xiàn)行的反應(yīng)速率理論(如雙分子反應(yīng)碰撞理論、過渡態(tài)理論)仍不得不借用經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設(shè)，因而使這些速率理論不適用于非常快的反應(yīng)。盡管對平衡假設(shè)的適用性研究已經(jīng)很多，但完全用非平衡態(tài)理論處理反應(yīng)速率問題尚不成熟。在60年代，對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分子水平的實(shí)驗(yàn)研究還難以做到。它應(yīng)用現(xiàn)代物理化學(xué)的先進(jìn)分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態(tài)下和不同分子體系中單分子的基元化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理。它從分子的微觀層次出發(fā)研究基元反應(yīng)過程的速率和機(jī)理，著重于從分子的內(nèi)部運(yùn)動和分子因碰撞而引起的相互作用來觀察化學(xué)基元過程的動態(tài)學(xué)行為。中科院大連化學(xué)物理研究所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在這方面研究有突出的貢獻(xiàn)。結(jié)語及啟發(fā)

近百年來,化學(xué)動力學(xué)進(jìn)展的速度很快, 氫原子里德堡飛渡時間譜技術(shù)、改進(jìn)的通用型分子束儀器以及理論化學(xué)動力學(xué)研究推動了有關(guān)基元化學(xué)反應(yīng)過程的態(tài)-態(tài)動力學(xué)、多通道反應(yīng)動力學(xué)以及反應(yīng)動力學(xué)中的共振等研究，近年來,在近場光學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的掃描近場光學(xué)顯微鏡,突破了光學(xué)顯微鏡半波長的極限限制,分辨率達(dá)到10nm,可以分辨單個大分子。這一方面應(yīng)歸功于相鄰學(xué)科基礎(chǔ)理論和技術(shù)上的進(jìn)展,另一方面也應(yīng)歸功于實(shí)驗(yàn)方法和檢測手段的快速發(fā)展。理論和實(shí)驗(yàn)的緊密配合可以幫助科學(xué)家深入了解各種基元化學(xué)過程是如何發(fā)生的,而更精細(xì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與更精準(zhǔn)的理論研究的互動則是這一研究領(lǐng)域得以繼續(xù)發(fā)展的強(qiáng)大動力。實(shí)踐再一次證明:理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合是科學(xué)得以發(fā)展的必由之路。

第四篇：高等動力學(xué)課程總結(jié)

高等動力學(xué)課程總結(jié)

剛進(jìn)入博士一年級，所參與的課題是水下機(jī)器人的控制研究，進(jìn)入課題組的時候，所涉及到的相關(guān)課題中的涉及到的很多的運(yùn)動系統(tǒng)模型基本不知所以然，看了很多關(guān)于水下機(jī)器人的書籍和文獻(xiàn)，但是對其中的一些物理量也缺乏明確認(rèn)知。很是慶幸的是開學(xué)的時候聽從了師兄的意見選修了《高等動力學(xué)》的課程，通過這一學(xué)期的學(xué)習(xí)，對分析力學(xué)、剛體力學(xué)等有了一些了解，對后續(xù)的課題研究打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

《高等動力學(xué)》課程主要包括三個部分的內(nèi)容，分別是分析力學(xué)，剛體力學(xué)和穩(wěn)定性理論。分析力學(xué)通過引入廣義坐標(biāo)將傳統(tǒng)矢量力學(xué)的矢量分析方法轉(zhuǎn)化為直接運(yùn)用數(shù)學(xué)分析的方法，研究宏觀現(xiàn)象中的力學(xué)問題。分析力學(xué)的是獨(dú)立于牛頓力學(xué)的描述力學(xué)世界的體系；剛體力學(xué)包括剛體運(yùn)動學(xué)和剛體動力學(xué)兩個基本部分內(nèi)容，主要講述特殊質(zhì)點(diǎn)系-剛體在外力作用下的運(yùn)動規(guī)律；運(yùn)動穩(wěn)定性理論則主要介紹了穩(wěn)定性的基本分析方法和判別方法及思路。分析力學(xué)

分析力學(xué)的最基本出發(fā)點(diǎn)是引入了廣義坐標(biāo)的概念，并利用約束的概念建立了廣義坐標(biāo)變量之間的相互關(guān)系，即約束方程。在此基礎(chǔ)上，引入了與矢量力學(xué)中牛頓動力學(xué)基本定律相對應(yīng)的動力學(xué)普遍方程。此后在動力學(xué)普遍方程的基礎(chǔ)上通過不同的變化與數(shù)學(xué)推導(dǎo)，引出了適用于完成系統(tǒng)的拉格朗日第二類方程，哈密頓正則方程、羅斯方程和適用于非完整系統(tǒng)的拉格朗日第一運(yùn)動方程、勞斯方程、阿貝爾方程和凱恩方程，在引入各方程的過程中引入了相對應(yīng)的常見動力學(xué)量的廣義坐標(biāo)形式和廣義動力學(xué)量。相比于經(jīng)典力學(xué)中矢量力學(xué)分析方法，分析力學(xué)在分析過程中，完全避免了約束力在方程中出現(xiàn)，極大程度上減小了方程處理的難度。剛體動力學(xué)

剛體的一般運(yùn)動可以分解為隨質(zhì)心運(yùn)動的平移和相對質(zhì)心的轉(zhuǎn)動。剛體的平移可直接利用質(zhì)心運(yùn)動定理轉(zhuǎn)化為質(zhì)點(diǎn)動力學(xué)問題，因而剛體繞定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動是剛體動力學(xué)的主要內(nèi)容。其主要內(nèi)容包括剛體繞定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)兩大部分。穩(wěn)定性理論

穩(wěn)定性理論課程中，主要介紹了運(yùn)動穩(wěn)定性理論、Lyapunov 直接法、保守系統(tǒng)的平衡位置與定常運(yùn)動穩(wěn)定性、力的結(jié)構(gòu)一起對運(yùn)動穩(wěn)定性的影響。

1.水下機(jī)器人受力分析

為了設(shè)計水下機(jī)器人的控制系統(tǒng)，首先需要建立機(jī)器人的動力學(xué)模型。在水下運(yùn)動的機(jī)器人系統(tǒng)是一個非線性的動力學(xué)系統(tǒng)，需要確定的參數(shù)較多，由于技術(shù)和測試條件的限制，有些參數(shù)無法準(zhǔn)確測定或者無法測定。為了控制的需要，有必要對系統(tǒng)進(jìn)行必要的簡化，而只考慮對系統(tǒng)性能起主要作用的影響因素，這里主要考慮重力、浮力、推力和水動力對機(jī)器人的影響。重力和重力矩

水下機(jī)器人受到地球的引力作用，由此產(chǎn)生的力和力矩要反映到局部坐標(biāo)系中去，可表示為

浮力和浮力矩

水下機(jī)器人在水中受到浮力作用，由此產(chǎn)生的力和力矩要反映到局部坐標(biāo)系中去，可表示為

推動力和推動力矩

水下機(jī)器人所受推動力和推動力矩與推力器的布置有關(guān)，推力器的布置又與水下機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、線型、尺度及運(yùn)動要求有關(guān)，屬于結(jié)構(gòu)設(shè)計范疇。這里暫不涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計，只給定各推力器的布置。要求水下機(jī)器人實(shí)現(xiàn) 6 自由度的運(yùn)動，考慮到每對推力器可以取相同或相反的推力方向，因此安裝三對推力器就可T2 位于O'x'y' 以實(shí)現(xiàn) 6 自由度的運(yùn)動。圖中以箭頭表示推力器，其中推力器 T1、平面并且相對于 x' 軸對稱，實(shí)現(xiàn)繞 z' 軸的轉(zhuǎn)動及沿 x' 軸的平動；推力器 T3、T4 位于 O'y'z'平面并且相對于 y' 軸對稱，實(shí)現(xiàn)繞 x' 軸的轉(zhuǎn)動及沿 y' 軸的平動；推力器 T5、T6 位于 O'x'z'平面并且相對于z' 軸對稱，實(shí)現(xiàn)繞 y' 軸的轉(zhuǎn)動及沿z' 軸的平動。

推力器產(chǎn)生的推動力

設(shè)第 i 個推力器的螺旋槳轉(zhuǎn)速為 ni，螺旋槳直徑為Di，第 i 個推力器的推力系數(shù)為 KTi，第 i 個推力器產(chǎn)生的推力為 FTi，水的密度為 ρ。則有

推力器產(chǎn)生的合力與合力矩

y'、z' 軸方向上的合力分別為 Tx′、Ty′、Tz′，y'、設(shè)沿 x'、作用于 x'、z' 軸的合力矩分別為 KT、MT、NT，計算如下

水動力和力矩

機(jī)器人在水中會受到水動力作用，由此產(chǎn)生的力和力矩要反映到局部坐標(biāo)系中。設(shè)水流在大地坐標(biāo)系下的速度為

水流的速度在局部坐標(biāo)系與大地坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系為式中

水流相對于機(jī)器人的速度

水流阻力和阻力矩

水流阻力與水下機(jī)器人相對水流速度的平方成正比。設(shè)沿 x'、y'、z' 軸線方向的水流阻力分別為Fx'、Fy'、Fz'，它們可分別由下式計算

水流產(chǎn)生的阻力矩與機(jī)器人角速度平方成正比，由試驗(yàn)測得阻力矩系數(shù)(Kx′、Ky′、Kz′)后，可以求得流體對水下機(jī)器人產(chǎn)生的阻力矩在 x'、y'、z' 軸上的投影分別為附加質(zhì)量。

水下機(jī)器人在流體中加速運(yùn)動時，對周圍的流體也產(chǎn)生作用力，使之產(chǎn)生加 這速度，在其周圍環(huán)繞的做加速運(yùn)動的流體質(zhì)量稱為附加質(zhì)量。為了研究方便，里近似認(rèn)為水下機(jī)器人是前后左右對稱的，則機(jī)器人沿三個軸向的附加質(zhì)量只與各自軸線方向的加速度和角加速度有關(guān)。其中，沿 x'、y'、z' 軸線方向產(chǎn)生的附加質(zhì)量分別為，沿 x'、y'、z' 軸旋轉(zhuǎn)方向的附加質(zhì)量分別為，它們可由試驗(yàn)測得。

2.機(jī)器人動力學(xué)模型的建立

基于上述坐標(biāo)系的建立和受力分析，根據(jù)牛頓第二定律和動量矩定理，可以推導(dǎo)求得水下機(jī)器人動力學(xué)方程的矩陣表示形式

式中

v、w、求解動力學(xué)方程就可以得到機(jī)器人在局部坐標(biāo)系中描述的運(yùn)動規(guī)律(即 u、p、q、r)，然后轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)系下得到機(jī)器人在大地坐標(biāo)系中描述的運(yùn)動規(guī)律

式中x , y , z——機(jī)器人在大地坐標(biāo)系中沿三個軸向的速度。用于控制的動力學(xué)模型

水下機(jī)器人的動力學(xué)方程是在局部坐標(biāo)系中建立的，而軌跡規(guī)劃及控制都是在大地坐標(biāo)系中描述的，因此為了研究水下機(jī)器人的控制，需要將機(jī)器人在大地坐標(biāo)系中描述的運(yùn)動參數(shù)及控制參數(shù)轉(zhuǎn)換到在局部坐標(biāo)系中描述。定義水下機(jī)器人在大地坐標(biāo)系中的位置參數(shù)及姿態(tài)參數(shù)分別為

根據(jù)式可以得到水下機(jī)器人在局部坐標(biāo)系和大地坐標(biāo)系之間的速度、加速度、角速度和角加速度的變換關(guān)系為

這樣，上式組成了水下機(jī)器人的控制基礎(chǔ)。

第五篇：化學(xué)動力學(xué)的研究與應(yīng)用

化學(xué)動力學(xué)的研究及其應(yīng)用

1110712 胡景皓

摘要: 化學(xué)動力學(xué)研究的對象包括化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的條件（溫度、壓強(qiáng)、濃度、介質(zhì)）對化學(xué)過程速率的影響，反應(yīng)的歷程（反應(yīng)機(jī)理），物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)能力之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：放射性測定，蛻變速率，半衰期，放射性同位素

1.化學(xué)動力學(xué)的研究領(lǐng)域

化學(xué)動力學(xué)作為物理化學(xué)學(xué)科的一個分支已有很久的歷史,并概括為研究化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理與速率的科學(xué)?；瘜W(xué)動力學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了從現(xiàn)象的觀察到理論的分析,從宏觀的測量到微觀的探索,因而它又分為宏觀化學(xué)動力學(xué)和微觀反應(yīng)動力學(xué),后者又稱分子反應(yīng)動力學(xué)。1928年M.Polanyi研究Na_2+Cl_2反應(yīng)的機(jī)理,相繼建立了多維勢能面來研究反應(yīng)的進(jìn)程,被譽(yù)為微觀反應(yīng)動力學(xué)誕生的里程碑。七十年代以來,分子束和激光技術(shù)的發(fā)展并在動力學(xué)研究中廣泛應(yīng)用,促使反應(yīng)動力學(xué)的研究得到長足進(jìn)步。1986年諾貝爾化等獎授予這個領(lǐng)域的三位著名化學(xué)家D.R.Herschbach,Y.T.Lee和J.C.Polanyi,標(biāo)志著化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的重要性,以及目前已經(jīng)取得的進(jìn)展和達(dá)到的水平。

2.化學(xué)動力學(xué)的研究方法

2.1.唯象動力學(xué)研究方法

也稱經(jīng)典化學(xué)動力學(xué)研究方法，它是從化學(xué)動力學(xué)的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)──濃度c與時間t的關(guān)系──出發(fā)，經(jīng)過分析獲得某些反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)──反應(yīng)速率常2 數(shù) k、活化能Ea、指前因子A。用這些參數(shù)可以表征反應(yīng)體系的速率特征，常用的關(guān)系式有：

式中r為反應(yīng)速率；A、B、C、D為各物質(zhì)的濃度；α、β、γ、δ稱為相對于物質(zhì)A、B、C、D的級數(shù)；R為氣體常數(shù)；T 為熱力學(xué)溫度。

化學(xué)動力學(xué)參數(shù)是探討反應(yīng)機(jī)理的有效數(shù)據(jù)。20世紀(jì)前半葉，大量的研究工作都是對這些參數(shù)的測定、理論分析以及利用參數(shù)來研究反應(yīng)機(jī)理。但是，反應(yīng)機(jī)理的確認(rèn)主要依賴于檢出和分析反應(yīng)中間物的能力。20世紀(jì)后期，自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)動力學(xué)研究的普遍開展，給化學(xué)動力學(xué)帶來兩個發(fā)展趨向：一是對元反應(yīng)動力學(xué)的廣泛研究；二是迫切要求建立檢測活性中間物的方法，這個要求和電子學(xué)、激光技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了快速反應(yīng)動力學(xué)的發(fā)展。對暫態(tài)活性中間物檢測的時間分辨率已從50年代的毫秒級變?yōu)槠っ爰墶?/p>

2．1.1分子反應(yīng)動力學(xué)研究方法

從微觀的分子水平來看，一個元化學(xué)反應(yīng)是具有一定量子態(tài)的反應(yīng)物分子間的互相碰撞，進(jìn)行原子重排，產(chǎn)生一定量子態(tài)的產(chǎn)物分子以至互相分離的單次反應(yīng)碰撞行為。用過渡態(tài)理論解釋，它是在反應(yīng)體系的超勢能面上一個代表體系的質(zhì)點(diǎn)越過反應(yīng)勢壘的一次行為。原則上，如果能從量子化學(xué)理論計算出反應(yīng)體系的正確的勢能面，并應(yīng)用力學(xué)定律計算具有代表性的點(diǎn)在其上的運(yùn)動軌跡，就能計算反應(yīng)速率和化學(xué)動力學(xué)的參數(shù)。3

分子勢能面

但是，除了少數(shù)很簡單的化學(xué)反應(yīng)以外，量子化學(xué)的計算至今還不能得到反應(yīng)體系的可靠的完整的勢能面。因此，現(xiàn)行的反應(yīng)速率理論(如雙分子反應(yīng)碰撞理論、過渡態(tài)理論)仍不得不借用經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué)的處理方法。這樣的處理必須作出某種形式的平衡假設(shè)，因而使這些速率理論不適用于非?？斓姆磻?yīng)。盡管對平衡假設(shè)的適用性研究已經(jīng)很多，但完全用非平衡態(tài)理論處理反應(yīng)速率問題尚不成熟。

在60年代，對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分子水平的實(shí)驗(yàn)研究還難以做到。經(jīng)典的化學(xué)動力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法不能制備單一量子態(tài)的反應(yīng)物，也不能檢測由單次反應(yīng)碰撞所產(chǎn)生的初生態(tài)產(chǎn)物。分子束(即分子散射)，特別是交叉分子束方法對研究化學(xué)元反應(yīng)動力學(xué)的應(yīng)用，使在實(shí)驗(yàn)上研究單次反應(yīng)碰撞成為可能。分子束實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獲得了許多經(jīng)典化學(xué)動力學(xué)無法取得的關(guān)于化學(xué)元反應(yīng)的微觀信息，分子反應(yīng)動力學(xué)是現(xiàn)代化學(xué)動力學(xué)的一個前沿陣地。4 它應(yīng)用現(xiàn)代物理化學(xué)的先進(jìn)分析方法，在原子、分子的層次上研究不同狀態(tài)下和不同分子體系中單分子的基元化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過程和反應(yīng)機(jī)理。它從分子的微觀層次出發(fā)研究基元反應(yīng)過程的速率和機(jī)理，著重于從分子的內(nèi)部運(yùn)動和分子因碰撞而引起的相互作用來觀察化學(xué)基元過程的動態(tài)學(xué)行為。中科院大連化學(xué)物理研究所分子反應(yīng)動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在這方面研究有突出的貢獻(xiàn)。

3.化學(xué)動力學(xué)的應(yīng)用

化學(xué)動力學(xué)是一個應(yīng)用非常廣泛的科學(xué)領(lǐng)域，如何較準(zhǔn)確地測定考古挖掘物的年代，是考古學(xué)家們需要解決的重要課題。自20世紀(jì)中葉以來，科學(xué)家用先進(jìn)技術(shù)解決了這一問題，即用放射性碳測定年代的技術(shù)。

碳的同位素主要是穩(wěn)定同位素12C，13C及具有放射性的14C。

地球上的大氣永恒地承受著穿透能力極強(qiáng)的宇宙線照射。這些射線來自于外層空間，它是由電子、中子和原子核組成的。大氣與宇宙線間的重要反心之一是中子被大氣中的氮-14捕獲產(chǎn)生了放射性的碳-14和氫：

14711N?0n???146C?1H

放射性的碳原子最終生成了14CO2，它與普通的二氧化碳12CO2（12C在自然界的豐度占碳總量的98.89%）在空氣中混合。同位素碳-14蛻變放射出粒子（電子），其蛻變速率由每秒放射出的電子數(shù)來測定。蛻變?yōu)橐患壏磻?yīng)，其速率方程式為：v?kN

K為一級反應(yīng)速率系數(shù)；N為所存在的14C核的數(shù)目。蛻變的半衰期為5.730.6933×103年 k=5.73?10a=1.21×10-4a-1

當(dāng)植物進(jìn)行光合作用吸收了CO2的時候，C同位素進(jìn)入了生物圈。動物吃了植物，在新陳代謝中，又以CO2的形式呼出碳-14.因而導(dǎo)致碳-14以多種形式參與了碳在自然界中的循環(huán)。因反射蛻變減少了的14C又不斷地被大氣中新產(chǎn)生的1

414C補(bǔ)充著。在蛻變補(bǔ)充的過程中，建立了動平衡。因此14C與12C的比例在生命

14體內(nèi)保持恒定。當(dāng)植物或動物死亡之后，其中的碳-14不再得到補(bǔ)充。由于C蛻變過程沒有終止，死亡了的生命中14C所占的比例將減少。在煤、石油及其他5 地下含碳的材料中碳原子也發(fā)生著同樣的變化。如多年之后的干尸（木乃伊）中核與活著人們的體內(nèi)14C與12C的比例隨著年代的增長成正比地減少。

1955年，W．P．Libby（美國化學(xué)家）提出，這一事實(shí)能用于估算某特定樣品在沒有補(bǔ)充14C的情況下，碳-14同位素已經(jīng)蛻變的時間。

ln根據(jù)co(A)Nolnc(A)= k t，可以寫出N=kt

時所存在的14C核數(shù)；時所存在的14C核數(shù)。

因?yàn)橥懽兯俾收却嬖诘?4C核數(shù)，上述方程可寫作：

1NolnN t=k1v1vnewln?ln?4?41.21?10av1.21?10avold ' t=若已知新（new）、舊（old）樣品的蛻變速率v，就能計算出t，即舊樣品的年齡。這種有獨(dú)創(chuàng)性的技術(shù)是以極簡單的概念為基礎(chǔ)的。W．F．Libby奠定了這一技術(shù)的基礎(chǔ)，為此他榮獲了1960年的Nobel化學(xué)獎。

“碳-14測定年代法”的成功與否，取決于能精確地測量蛻變速率。在活著（new）的生物體內(nèi)14C／12C為1/1012,14C的量如此之少，所用儀器的檢測器對放射性蛻變要特別靈敏。對年代久遠(yuǎn)的樣品來說，要達(dá)到較高的精確度就更加困難。盡管如此，這一技術(shù)已成為考古學(xué)中判斷古生物年齡的重要方法，可以用來判斷遠(yuǎn)離現(xiàn)在（1000-50000）年之久的生物化石、繪畫和木乃伊等。

參考文獻(xiàn)：

國漢賢.《應(yīng)用化工動力學(xué)》.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.2003 《無機(jī)化學(xué)》第五版.大連理工大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室編.西南交通大學(xué)出版社，2004 文章《化學(xué)與文物考古》.梁宏斌.2005 《物理化學(xué)》南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院（第五版）傅獻(xiàn)彩 沈文霞 姚天揚(yáng) 侯文華編.高等教育出版社.2006