具体描述
Much has been written about fundamental aspects of catalysis, yet despite their universal applications details concerning commercial catalysts and information about actual operating conditions are not readily available. This book provides up-to-date reviews and references to guide those working on industrial catalysts. It will be an invaluable guide for catalysis researchers in industry and academia, and for students.
精粹工业催化剂应用指南：跨越传统边界的革新 本书导言： 在当今快速迭代的化学工业领域，对高效、可持续催化系统的需求从未如此迫切。传统的催化剂设计往往侧重于对现有工艺的微调，而本书则致力于提供一个全新的、前瞻性的视角，深入探讨那些尚未被主流工业催化剂（如《Handbook of Industrial Catalysts》中所详述的经典体系）完全覆盖或尚未实现规模化应用的尖端技术和新兴领域。 本书并非对现有催化剂的重复介绍，而是聚焦于那些正在重塑未来化学制造蓝图的颠覆性创新。我们相信，真正的工业进步源于对基础科学原理的深刻理解与工程实践的完美结合。因此，本书将引导读者跳出成熟工艺的窠臼，探索那些在实验室中展现出惊人潜力，并正向工业化迈进的关键技术。 --- 第一部分：面向可持续性的新型催化系统 第一章：光催化与电催化的工业前沿 1.1. 太阳能驱动的化学转化： 本章重点探讨如何利用可再生能源，特别是太阳光，来驱动传统上依赖高温高压的化学反应。我们不关注基于贵金属的传统光敏剂，而是深入研究： 半导体异质结的精细调控： 讨论如何通过精确控制不同半导体材料的界面电子结构，实现可见光下高效的析氢反应（HER）和二氧化碳还原（CO2RR）。重点分析了缺陷工程（Defect Engineering）在提高电荷分离效率中的关键作用，并展示了钙钛矿材料在光电催化耦合反应中的新兴应用。 有机光敏剂的稳定性与规模化： 评估新型有机染料和共轭聚合物作为光催化剂的长期稳定性和光漂白问题。探讨了将这些易于合成的材料集成到流动反应器中的工程挑战与解决方案。 1.2. 电化学合成的新范式： 本书将电催化视为实现碳中和目标的核心技术之一。我们关注的重点在于： 非贵金属催化剂的设计原理： 深入剖析基于过渡金属（如铁、镍、钴）的单原子催化剂（SACs）和金属有机框架（MOFs）在复杂选择性氧化反应中的性能。讨论了如何通过精确控制配位环境来调控单原子位点的电子态，以实现高选择性转化。 电解槽设计的创新： 探讨了微反应器技术与电化学的结合，特别是如何设计具有高表面积、低欧姆阻抗的新型电极结构，以适应高电流密度下的工业需求，从而降低单位产品的能耗。 --- 第二部分：面向复杂分子合成的精准催化 第二章：酶促反应与非天然催化剂的融合 2.1. 人工酶与定向进化： 本章避开了传统的固定化酶技术，转而聚焦于如何利用蛋白质工程来设计具有全新催化活性的生物催化剂。 非天然底物适应性： 讨论了通过高通量筛选和计算模拟，指导蛋白质骨架改造，使其能够催化在自然界中不存在的C-H键活化或高度不对称的环氧化反应。 原位酶活性的维持： 重点分析了在非水溶剂或极端pH条件下保持酶活性的新型封装技术，如纳米载体保护下的仿生微环境构建。 2.2. 仿生与有机小分子催化的新领域： 我们深入研究模仿自然界中活性位点的非金属有机小分子催化剂，特别是在手性合成中的突破。 多重激活策略： 探讨了如何设计同时利用氢键供体/受体和路易斯酸/碱位点的协同催化剂，以实现对传统过渡金属催化难以控制的立体选择性。 自修复催化网络： 介绍了一些动态共价键合系统，这些系统能够在反应过程中自我修正催化剂的结构缺陷，从而显著提高催化剂的周转数（TON）。 --- 第三部分：新型反应介质与过程强化 第三章：超临界流体与离子液体中的催化反应 本章强调反应介质本身对催化性能的深刻影响，以及如何利用这些介质实现过程的简化和环保化。 3.1. 超临界二氧化碳（scCO2）作为反应溶剂的潜力： 我们不探讨已知的费托合成中的应用，而是关注scCO2在溶解复杂有机物和调控反应选择性上的独特优势。 气液相界面控制： 分析了在scCO2中，如何通过调节压力精确控制反应物在固态催化剂表面的吸附特性，从而抑制副反应的发生。 催化剂的简易回收： 讨论了专门设计用于scCO2体系的、具有特定相变行为的催化剂或载体，实现反应结束后无需蒸馏或萃取的快速分离。 3.2. 深度共熔溶剂（DESs）与离子液体（ILs）的催化应用： 本书认为DESs是比传统ILs更具成本效益和环境友好性的新型反应介质。 “溶剂即催化剂”的理念： 介绍了一些DES体系本身作为路易斯酸或布朗斯特酸催化剂的实例，特别是在酯化和醚化反应中的高活性。 多相催化与ILs的界面设计： 探讨如何将纳米颗粒催化剂固定在ILs的液-固界面，利用ILs的双重性质（既是溶剂又是稳定剂）来防止贵金属纳米颗粒的团聚和失活。 --- 第四部分：先进表征与数据驱动的催化剂发现 第四章：从在位研究到人工智能辅助设计 本章面向的是未来催化剂研发的方法论革新，强调实验与计算的深度融合。 4.1. 实时原位表征技术的突破： 超越传统的XRD和TEM，本书关注那些能捕捉催化剂动态行为的尖端技术： 高分辨透射电镜（HR-TEM）下的原子尺度动态观察： 如何在反应条件下直接“看到”催化剂表面活性位点的重构、迁移和失活过程。 同步辐射X射线吸收谱（XAS）在反应过程中的应用： 利用快速扫描技术，解析复杂反应路径中瞬态中间物种的电子结构和几何构型，从而揭示真正的反应机理。 4.2. 计算化学与机器学习的集成加速： 本书致力于展示如何利用AI模型来预测和优化催化剂性能，而非仅仅进行后验分析。 高通量虚拟筛选的优化： 讨论如何结合密度泛函理论（DFT）计算得到的数据库，训练机器学习模型来快速预测新材料（如复杂合金或多组分氧化物）的吸附能和反应能垒。 “逆向工程”催化剂设计： 介绍基于已知目标反应活性和选择性的约束条件，利用生成模型（Generative Models）反向设计出具有理想表面结构的催化剂候选集。 --- 结论： 《精粹工业催化剂应用指南》旨在为面临能源转型和绿色化学挑战的科研人员、工程师和决策者提供一张导航图。它所描绘的未来催化世界，建立在对能源转化效率的极致追求、对分子结构的精确操控以及对数据智能的深度依赖之上。本书所涵盖的领域，是工业催化领域正在积蓄能量、准备爆发的创新热点，它们代表着超越现有工业标准的新一代催化技术。
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