第一章 催化科学的魅力

第一章催化科学技术的魅力——概述王绪绪福州大学光催化研究所

Tel:83779251E-mail:xwang@1一、人类社会可持续发展面临的几个重大问题二、催化科学技术对人类社会发展的贡献三、催化科学技术面临的机遇与挑战四、新世纪催化研究的方向五、国内外催化研究的概况六.催化研究方法概述

2一、人类社会可持续发展面临的几个重大问题人类社会发展到今天，科技高速发达，人类在充分享受科技文明同时，也正在品尝由此所带来的各种恶果,世界正面临着可持续发展的挑战。●能源面临枯竭●环境日益恶化●全球日渐变暖

－水资源短缺－粮食危机－怪病丛生－陆地减少

—生物多样性减少

●●●●●●3（一）能源问题能源分为：不可再生能源：自然界存在能源如：煤、石油、天然气、地热能等再生能源：可以在自然界里源源不断地得到

如：风能、水能、太阳能、生物质能等4现代使用的能源主要是化石能源(>80%)，一直到本世纪中叶，化石能源仍占主导地位。煤炭石油其他天然气71.6%19.8%6.5%2.1%27%23%10%40%中国能源消费结构世界能源消费结构5石油油田的分布6世界主要产油国石油储量7

「石油输出国家组织」(OrganizationofPetroleumExportingCountries)，成立于1960年9月14日伊拉克首都巴格达，目前会员国为13国。伊拉克、伊朗、科威特、沙特阿拉伯、委内瑞拉、阿尔及利亚、厄瓜多尔、阿拉伯联合酋长国、卡塔尔、利比亚、尼日利亚和印度尼西亚等。什么是OPEC为什石油用桶做计量单位——“桶”Barrel(简写bbl）?

它是用橡木或其它木材的木条结扎，用铁片环绕以框住而成。1859年8月27日，美国人德雷克在宾夕法尼亚州泰托思维尔镇发现了油田。德雷克在井场挖坑作石油池存放石油，再用一个个啤酒桶分装。

1870年洛克菲勒成立标准石油公司时，大量使用家族自产的木桶，自立交货规格1桶为42加仑，而且把木桶喷成蓝色以与其他厂家区别。当时石油的交易是以桶为单位，各家油商从不同的油厂提油，所提领每桶数量都不一样。美国在1876年内战前，采取了英国商人和美国商人能共同接受的一个标准，制定42加仑为1桶。这个标准的石油计量单位桶（每加仑为4.54609L，故1桶约190L）就成为至今全世界都采用的原油交易单位。一桶就是136.8公斤，伊拉克巴士拉油一桶就是138.3公斤，所以大概是135公斤左右。8英国石油公司(BP)发布的《BP世界能源统计2006》显示：以目前的开采速度计算，全球石油储量可开采40年，天然气和煤炭则分别可以供应65和162年。我们国家发改委能源局、国家统计局工交统计司发布的《中国能源统计年鉴2005》显示：截至2004年底，中国石油剩余可开采储量23亿吨，可开采14年。天然气剩余可开采储量2.23万亿立方米，可开采50多年；煤炭剩余可开采储量1145亿吨，可开采60年。地球上石化资源油还剩多少？9寻找可再生能源是全球科学家的责任！为了应对日益严峻的能源形势，今年年初，国家成立了能源局。10包括:大气污染/水污染/土壤污染/固体废弃物污染（二）环境污染问题事件名称主要致害物发生时间伤害情况马斯河谷烟雾事件烟尘、二氧化硫1930年12月比利时60多人死亡，数千人发病多诺拉烟雾事件烟尘、二氧化硫1948年10月美国42%居民患病，17人死亡伦敦烟雾事件烟尘、二氧化硫1952年12月5天内4000人死亡落杉矶光化学烟雾事件光化学烟雾1943年5-10月多数居民患病，死亡400人事件名称主要致害物发生时间伤害情况水俣事件甲基汞1953年发现水俣病2248人，死亡1004人富山骨痛病事件镉1931年发现患者超过280人，死亡34人四日哮喘病事件二氧化硫、重金属粉尘1955年发现患者500多人，死亡36人米糠油事件多氯联苯1968年发现患者5000多人，死亡16人八大环境公害事件1112环境污染治理

——我国社会、经济可持续发展的重大战略需求和迫切现实需求我国的环境污染形势十分严峻七大水系和众多湖泊均遭污染，一半以上严重污染，三成水体已失去使用功能。环境污染造成的经济损失占GDP的15%13化学污染是主要的污染源，有毒有机污染物广泛存在、危害极大；现有环保技术难以处理；国际关注的热点。是致畸、各种奇怪病症高发的根源。全世界每年有2.5万人的死亡原因是水污染。12亿人缺乏安全饮用水，腹泄病例每年多达10亿。海洋污染形成的“赤潮”遍及美、澳、亚各洲。各种高产鱼、名贵鱼种大量减少。14水体富营养化水华现象：池塘、湖泊中，N、P多，某些蓝藻过度生长，释放毒素毒杀鱼虾、贝类等，并使水体产生恶臭的现象赤潮现象：海洋中，N、P多，微小的浮游生物急剧繁殖，海水变色，水质恶化，鱼虾贝类死亡15全球气候变暖问题

从1950年到1985年全球排放的二氧化碳、氯氟烃、氮氧化物、甲烷等温室气体增加了20倍。20世纪大气中温室气体浓度呈指数增加，地球的温室效应被人为增强，导致全球温度上升和相随而来冰川融化，海面上升，陆地减少。全球变暖已经成为人类生存困境的另一个严重问题。马尔代夫要“搬国”印度成首先地提到马尔代夫，就会联想到白色沙滩、棕榈树、清澈的海水和惬意的游人。由1192个珊瑚岛组成的马尔代夫，大部分地方只有海拔1.5米高，最高处也不过海拔2.4米。联合国预测由于全球暖化，海水水位有机会于2100年前升高59厘米。海平面正以每年8、9厘米的速度上涨，一些城市会淹没16酸雨等酸性沉降物是由各种污染源排放到大气中的二氧化硫和氮氧化物与空气中的水汽结合形成的。酸雨最早出现在19世纪的英国。20世纪50—60年代在欧洲和北美被大范围发现。80年代起迅速扩大到全世界。酸雨问题树木枯萎17臭氧层损耗使人类和其它地球生物受到有害紫外线辐射的威胁。皮肤癌和其它各种急、慢性皮肤损伤、白内障等眼睛疾病、以及免疫障碍性疾病会大幅度增加。紫外线辐射的增强还将打乱生态系统的平衡，导致某些生物物种绝灭。将使地球上2/3的农作物减产，造成城市的光化学烟雾加重。臭氧层损耗的危害18环境污染已经成为人类社会可持续发展的最大问题！还碧水蓝天是人民大众的愿望！治理环境污染是科学家的责任！19二、催化科学及其历史和发展概况催化研究什么？宇观世界宏观世界微观世界20世界的物质构成天体、恒星、行星我们周围的万物原子、分子、超分子质子、中子、基本粒子物理学

物理学

化学物理学生物学

科学世界

物质世界21化学无机化学有机化学物理化学化学热力学化学动力学催化结构化学分析化学

化学世界22催化过程多相催化：催化剂为固体，反应物为气体或液体均相催化：催化剂和反应物在同一个相中电催化：催化剂+电场光催化：催化剂+光

酶催化：催化剂为酶催化科学催化：全称叫做催化化学，研究催化剂和催化作用的化学。催化剂：

Catalysis，触媒，Catalyseur

加入到反应体系中，能显著改变化学反应速率，但反应前后自身化学性质和质量不变的物质。23催化过程的特点神奇:可使难于发生的化学反应很容易发生；快速：可使化学反应的速率提高数倍—成千上万倍；高效：可使化学反应专一，降低副反应的发生。催化剂反应物产物加热炉加热炉24催化的研究历史

1597年有催化现象的记载；

1893年瑞典化学家Berzelius提出：催化力；

1894年德国化学家Ostward指出：催化剂的的定义；

20世纪初真正成为一门科学，以合成氨催化剂的发现和应用为标志；

25催化的应用

80—90%的化工生产要用到催化剂，没有催化剂就没有现代化学工业。如：

无机化工：合成氨、硝酸和硫酸的制备；

石油化工：石油的裂化、加氢、脱硫、脱氮重整、异构化，稀烃的聚合等等；天然气化工：

C1化学煤化工：煤变油

精细化工：医药、农药、染料等；

环保：空气净化、废气废水处理等。

能源：清洁燃料，可再生能源等26近百年获得快速发展和广泛应用，为人类社会发展做出了突出的贡献。催化科学技术改变了世界（1）合成氨：1910年，开始了化学肥料的新时代；（2）合成橡胶，合成塑料，合成纤维：1930年；1950年代（3）催化加氢裂解：1950年；（4）手性催化1970年代（5）甲醇合成汽油，煤的液化：1980年；（6）环境、能源等应用

●●●●●●

上世纪以来的108位诺贝尔化学得主中,曾经有10位科学家由于在催化研究中的突出贡献而获奖，占近1/10。271909年12月10日第9届德国科学家奥斯特瓦尔德因催化、化学平衡和反应速度1912年12月10日第12届德国科学家格利雅因发现有机氢化物的格利雅试剂法、法国科学家萨巴蒂埃因研究金属催化加氢在有机化合成中的应用1918年12月10日第18届德国科学家哈伯氨合成1932年12月10日32届美国科学家朗缪尔因提出并研究表面化学1956年12月10日第56届英国科学家欣谢尔伍德、苏联科学家谢苗诺夫因研究化学反应动力学和链式反应1963年12月10日第63届德国K.齐格勒，意大利G.纳塔，乙烯和丙烯的催化聚合反应齐格勒－纳塔催化剂1989年12月10日第89届美国科学家切赫、加拿大科学家奥尔特曼因发现核糖核酸催化功能2001年12月10日第101届美国科学家威廉•诺尔斯、巴里•夏普莱斯、日本科学家野依良治“手性催化氢化反应”。2005年12月10日第105届法国科学家是伊夫•肖万(YvesChauvin)、美国科学家罗伯特•格拉布(RobertH.Grubbs)、美国科学家里理查德•施罗克(RichardR.Schrock)，有机化学的烯烃复分解反应研究2007年12月10日第107届德国化学家格哈德·埃特尔，合成氨机理，铁生锈和燃料电池等机理催化领域的诺贝尔化学奖得主28利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。1795年有人试图在常压下进行氨合成，后来又有人在50个大气压下试验，结果都失败了。为了寻找高效稳定的催化剂，他们进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了含铅镁促进剂的铁催化剂。FritzHaber(1868-1934)——NH3合成

1918年诺贝尔

化学奖授予德国化学家哈伯。这引起了科学家的议论，英法等国的一些科学家公开地表示反对，他们认为，哈伯没有资格获得这一荣誉。

赞扬哈伯的人说：他是天使，为人类带来丰收和喜悦，是用空气制造面包的圣人。诅咒他的人说：他是魔鬼，给人类带来灾难、痛苦和死亡。1918年诺贝尔化学奖29德国化学家

齐格勒1954年在乙烯低压聚合制成聚乙烯重大发现的基础上,发现以三氯化钛和烷基铝为催化剂,丙烯在低压下高收率地聚合成聚丙烯,具有高强度和高熔点,开创了立体定向聚合的崭新领域。1957年,他直接参与在意大利的世界上第一套聚丙烯生产装置的建立,合成树脂和塑料的一个大品种问世。1957年,他首创以钒卤化物和烷基铝为催化剂,使乙烯和丙烯共聚合制成无规结构的乙丙橡胶。在意大利建成了世界上第一套乙丙橡胶小型生产装置。意大利化学键纳塔1938年由1－丁烯脱氢制得丁二烯,进一步发展了最早的合成橡胶方法。他的更重要的成就是在研究催化分解过程中非均相催化剂的吸附现象和动力学方面。规化聚合是高分子科学发展过程中的一个里程碑，它标志着人类第一次可以在实验内从烯烃、二烯烃及其他单体合成过去只有生物体内才能合成的高分子。纳塔和他的助手共发表了1200篇科学论文,其中,以他个人名义发表的有540篇。取得约500项专利。卡尔·齐格勒（KarlWaldemarZiegler）（1898-1973），G.纳塔（

GiulioNatta）(1903-1979）1963年诺贝尔化学奖302001年诺贝尔化学奖WilliamS.Knowles(USA)

Ryoji

Noyori(JAPAN)K.BarrySharpless(USA)“手性催化氢化反应”领域所作出的贡献；另一半授予美国科学家巴里-夏普莱斯，以表彰他在“手性催化氧化反应”领域所取得的成就。威廉·诺尔斯发现可以使用过渡金属来对手性分子进行氢化反应，以获得具有所需镜像形态的最终产品。他的研究成果很快便转化成工业产品，如治疗帕金森氏症的药L-DOPA就是根据诺尔斯的研究成果制造出来的。而野依良治的贡献是进一步完善了用于氢化反应的手性催化剂的工艺。巴里·夏普莱斯的成就是开发出了用于氧化反应的手性催化剂。31法国科学家伊夫-肖万(YvesChauvin)美国科学家理查德-施罗克(RichardR.Schrock)

美国科学家罗伯特-格拉布(RobertH.Grubbs)

2005年，法国科学家伊夫-肖万、美国科学家罗伯特-格拉布和美国科学家里理查德-施罗克。他们在有机化学的烯烃复分解反应研究方面作出了贡献。

“复分解（metathesis）”一词源于希腊语meta（交换）和thesis（位置），意思是交换位置。复分解反应的研究主要集中在烯烃，现已发现炔烃也可发生复分解反应。图1所示为金属卡宾催化的烯烃复分解反应，反应物烯烃分子的碳碳双键在金属卡宾催化剂作用下断裂，然后再重新组合生成了新的烯烃分子。2005年诺贝尔化学奖322007年诺贝尔化学奖格哈德·埃特尔（GerhardErtl)。德国人。1936年出生于德国的BadCannstadt。1965年于德国慕尼黑工业大学获得物理化学博士学位。现为德国马普弗利兹-哈伯研究所的退休教授。

他为表面化学开创了一种新的研究方法，即怎样用不同的实验步骤来描绘出一个完整的表面反应画面。这种方法需要高真空的实验装备，目的是用来观测单层原子和分子在金属等材料极纯表面上发生的行为。表面化学研究有助于我们理解各种不同的过程，比如为何铁会生锈，燃料电池如何发挥作用以及我们汽车中加入的催化剂如何工作。表面化学研究甚至可以解释臭氧层的破坏。GerhardErtl开发的人造肥料制造方法不仅仅基于他对哈伯－博施法（Haber-Boschprocess，用氢和从空气中提取的氮来直接合成人造肥料中包含的氨）的研究，他同时利用铁的表面作为催化剂。这一成果带来了难以估量的经济效益，因为通常作物对氮的利用率十分有限。此外，Ertl还研究了一氧化碳在铂表面催化下的氧化反应，现在汽车中利用催化剂实现一氧化碳的清洁排放正是基于该项研究的成果。33三、催化科学技术面临的机遇与挑战

开发新能源清洁燃料（汽油、柴油）制造寻找新能源：生物燃油,光解水制氢.

环境污染治理绿色化学过程空气污染治理，水中各种污染物消除

制造新化学化学品面对人类社会发展遇到的这些问题，催化科学技术将会起到非常重要的作用。34催化与能源清洁燃料（汽油、柴油）制造

目前，人们使用的能源石油、煤和核能等，化石能源燃烧时又废气排放，核能有危险性。清洁燃料指燃烧低排放或不排放的物质，如天然气、液化石油气、醇类和醚类燃料，气体燃料和醇、醚类燃料的相对分子质量比汽油、柴油低，作为燃料尾气排放中一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、二氧化碳污染物的排放量都比汽油、柴油低得多。另外，醇类燃料含氧，还可促进燃料燃烧更完全，且燃烧温度降低，导致氮氧化物排放量减少。还有石化燃料中一般含有含硫、含氮化合物，燃烧时会排放SOx和NOx等35●催化可以降低或消除燃油中含硫含氮化合物，减少排放。如催化加氢脱硫（HDS)

催化加氢脱氨（HDN)●催化可以使大分子的烃类燃料变成小分子的烃燃料如：催化裂化●催化可以将煤转变成清洁汽油、柴油●催化可以将水分解为高洁净氢能源●催化可以将生物质转化为洁净氢能源●催化可以成为治理环境污染的关键技术………..催化科学技术大有可为：36●煤的液化直接液化间接液化直接液化就是煤在高温高压下加氢催化裂化，转变成油料产品煤的液化分直接和间接液化两种，催化剂必不可少！间接液化就是先使煤转化为一氧化碳和氢气，然后在高温、高压以及催化剂的作用下生成液态烃、甲醇等有机物3738●氢能源氢气是很理想的能源载体，可以压缩气体和液化形态存储和使用39氢气可以通过燃烧或电化学反应的形式获得实际应用，替代现在化石燃料和电源。40

氢元素在自然界储量丰富，但主要以化合态形式存在于水、有机物中，常规的氢气制备方法包括：41氢气是一种最理想的清洁能源。42光催化分解水制氢●1972年日本科学家Fujishima和Honda等发现TiO2单晶电极可以实现光催化分解水.(Nature,1972,238:37-39)●近些年来，开发出了一系列光催化剂：Ta2O5,ZrO2,RbNdTa2O7,BaTi4O9，NaInO2，CuMn2O4，NiO-Na2TaO3…●按照目前报道的产氢效率，虽然距实现实际应用还有相当大的差距。但科学家们正在努力，寻找合适的光催化剂，提高产氢效率。43催化与环境污染治理●

催化可以降低生产过程的污染●催化可以治理污染44

绿色化学已成为当前化学研究的热点和前沿，而且是21世纪化学发展的主要方向之一。目前在这方面的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开。●绿色化学45无毒无害原料可再生资源

环境友好产品原子经济反应高选择性反应无毒无害催化剂无毒无害溶剂绿色化学示意图46什么是原子经济型反应？美国Stanford大学的B.M.Trost教授1991年首次提出反应的“原子经济性”(AtomEconomy)概念，并获得1998年美国“总统绿色化学挑战奖”。A+B→C+D

主产物副产物E＋F→C+H产物47

80％以上的化学品均是通过催化反应制备的，催化剂在当今化工生产中占有极为重要的地位，开发明新催化剂和催化过程是实现绿色化工过程的基础。通过新催化剂的开发形成新工艺新技术，最终提高反应的原子经济性。48例：烯烃的催化加氢：可用通式表示为：A＋B→C

原子利用率达到100％

CH3CH=CH2+H2CH3CH2CH3Ni例：

Michael(迈克尔)反应:原子利用率达到100％

理想的原子经济性反应是原料分子中的原子全部转变成所需产物，不产生副产物，实现零排放，催化剂在其中起到重要的作用。49开发新催化剂提高反应的原子经济性环氧丙烷的生产:氯醇法：原子利用率44.1%钛硅-1(TS-1)分子筛作催化剂的过氧化氢氧化丙烯新工艺：原子利用率76.3%

CH3CH

CH2O

+

H2OCH3CH

=

CH2

+

H2O2

TS-1Ca

(

OH

)22

CH3CH

CH2O+

CaCl2

+

2H2O2

CH3CH=CH2

+

HOCl

CH3CH

CH2

+

CH3CH

CH2OHClClOH50Baeyer-Villiger反应——用于生产医药、塑料添加剂传统工艺

3-氯过苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物

绿色工艺负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，副产物只有水51甲基丙烯酸甲酯的生产工艺传统工艺绿色工艺52绿色化学从科学观点看——化学科学基础的创新从环境观点看——从源头上消除污染从经济观点看——合理利用资源和能源，降低生产成本推动经济和社会可持续发展的先进技术！53●环境催化水污染治理大气污染汽车尾气净化工业废气治理CO2转化……..54●光催化

1893年:法国EdmondBecquerel发现光电现象，开创光电化学研究；

1972年:日本Fujishima在光解水领域研究取得突破性进展；

1977年:Frank和Brad首次报道利用TiO2光催化降解氰化物；

1996年:光催化膜功能材料研究。55太阳光谱图UVVisibleInfrared48%56hν催化剂光源氧化还原性能超亲水性分解污染物灭菌自清洁抗雾其它性能分解水57光催化分解水制氢58光催化氧化有机污染物光催化氧化有机污染物59光催化氧化及其环境应用：降解有机物、医学、抗菌……..几乎所有的有机物都能发生氧化或还原、降解或矿化。气相F≈0.8；水相F≈0.1。影响因素：晶型、结晶度、比表面、光强、pH、反应器等。ECBe-h+hvEVBSemiconductorTiO2O2O2-•H2O2H+-OH/H2O,R•OHR+•Hoffmannetal.1995.Chem.Rev.标志性的工作：

1976年Carey及1977年Fank等人发现多氯联苯和氰化物可在TiO2上光催化降解：

JHCarey,etal.BullEnvironContam

Toxicol.,1976,16:697-701.SNFank,AJBard.J.Phys.Chem.,1977,81:1484-1458.

到今天，国内外有巨量的研究报道，涉及TiO2控制制备，TiO2的体相和表面修饰，不同半导体的复合，新型非TiO2系催化剂的研制等60光催化净化器61普通瓷砖光催化瓷砖两块瓷砖同时涂上食用油，在楼顶放置若干天后，光催化瓷砖表面保持洁净。62两个瓶中同时倒入热水时：结雾，不透明不结雾，透明内壁镀有光催化膜普通玻璃瓶的玻璃瓶63肿瘤2:未处理肿瘤1:注射0.4mgTiO2光照4周以后：肿瘤2：长大肿瘤1：被抑制医疗卫生64染料敏化太阳能电池

1991年※，GrätzelM.于《Nature》上发表了关于染料敏化纳米晶体太阳能电池的文章以较低的成本得到了>7%的光电转化效率，为利用太阳能提供了一条新的途径.BO'Regan,MGrätzel.Nature.1991,353:737-740.1997年，该电池的光电转换效率达到了10%~11%，短路电流达到18mA/cm2,开路电压达到720mV；1998年，采用固体有机空穴传输材料替代液体电解质的全固态Gratzel电池研制成功，其单色光电转换效率达到33%，从而引起了全世界的关注。DyeSensitizedSolarCells，简称DSSCs目前，DSSCs的光电转化效率已能稳定在10％以上，寿命能达15～20年，且其制造成本仅为硅太阳能电池的1/5～1/10.65

染料敏化纳米晶体太阳能电池（DSSCs）（或称Grätzel型光电化学太阳能电池）主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。

阳极：染料敏化半导体薄膜阴极：镀铂的导电玻璃

电解质：I3-/I-

TiO2膜:5~20um,1~4mg/cm2导电玻璃：8~10Ω/□

电池结构66

敏化剂分类联吡啶金属络合物J.Am.Chem.Soc.,1993,115,6382酞菁Phthalocyanine）卟啉（Porphyrin）纯有机染料系列67四、新世纪催化研究的方向：在基础研究方面：1、在分子水平上研究催化作用的机制，实现对催化剂的分子设计；2、开发催化材料合成和新的催化研究方法；3、阐明生命科学中催化问题；4、探讨可持续发展的化学基本问题—绿色化学和环境催化；5、能源制造中的催化过程。

68在应用研究方面：1、用于清洁燃料（汽油、柴油）制造的高效催化剂；2、用于新能源制造的催化剂开发，如光解水制氢；3、高效环境污染治理催化剂的制造：除去空气中NO2

、SOx、甲醛、苯；污水中各种污染物用催化剂；4、精细化学品生产催化剂，绿色催化剂。69五、中外催化科学研究概况美国是二十世纪后半叶以来，美国代替欧洲的德、法等国成为世界催化研究的大国，研究人员最多、投资最大。

德国、法国、荷兰、英国、丹麦、比利时、日本都是世界上的催化研究的强国。70我国的催化研究在解放前几乎是空白；自上世纪八十年代以来发展很快，从事催化基础与应用研究的科研队伍迅速扩大。在我们国家每两年要举行一次全国催化学术讨论会，参会人员近千人。我国催化研究比较集中的地方有：科学院：大连化学物理研究所、山西煤炭化学研究；兰州化学物理研究所等；大学：南京大学、北京大学、厦门大学、福州大学、吉林大学、复旦大学等；石油科学研究院：北京、上海、兰州、齐鲁等。71

七、福州大学的催化研究概况国家在福州大学设有化肥催化剂国家工程研究中心，在全国催化研究领域占有重要的地位。两大研究方向：化肥催化研究：由中国工程院院士魏可镁教授领导，在国内具有领先地位；光催化研究：由付贤智教授领导，在应用研究方面在国内处领先地位。成果近年来多次获得国家发明和国家科学技术进步奖。72六.催化研究方法概述

1.催化剂的基本性质：化学组成：体相组成和表面组成,其对催化剂的性质有决定性影响，其依赖于合成原料、制备步骤和方法。晶相结构：体相结构和表相结构，如晶型，对催化剂性能有很大影响局域结构：缺陷、表面原子配位情况，可能是催化剂真正的活性中心。晶粒度可颗粒度：对催化剂效率也有影响，如尺寸效应，纳米限域作用。73孔径和空隙率：孔道大小、形状、孔分布，孔体积，对催化效率和选择性有影响。比表面积：单位质量催化剂的表面积，影响催化剂活性组分的分散，催化剂与反应物的接触，从而影响催化反应的效率。活性组分的分散度：活性组分的利用率，暴露在表面的的活性组分的离子或原子越多，催化剂的活性越好。机械强度：与催化剂寿命有关，工业意义。寿命、失活与再生：74催化剂的酸性：催化剂的活性：转化率、收率、选择性。微观反应动力学：反应机理和反应速率。宏观反应动力学：工业过程的传质、物料平衡等。一些特殊催化过程：光催化：催化剂的光吸收，量子效率，……电催化：电极……酶催化：……..75催化剂体相组成：

催化剂可能是单一化合物，复合化合物，涉及大多数的金属和非金属元素，几乎用到周期表中半数以上元素的化合物。活性组分在催化剂中含量可高至100%，低至几个PPM。

方法：元素分析，常规化学分析，仪器分析（

X射线荧光分析，电子能谱分析，电化学分析、光谱分析、发射光谱分析….)2.催化研究的主要手段76催化剂表面组成方法：

NMR(核磁共振），XPS(X光电子能谱），

IR