《能源转化催化原理》课程教学大纲

《能源转化催化原理》课程教学大纲

课程名称能源转化催化原理英文名称ThePrincipleofEnergyConversionCatalysis课程编码180520030课程类型专业选修课程课程级别专业课程学分数2先修课程物理化学学时数32其中实验学时

其中实践学时

适用范围化学工程与工艺专业（4年制）制定单位化学化工学院

一、教学大纲说明（一）课程的性质、地位、作用和任务《能源转化催化原理》是化学工程与工艺专业（能源化工模块）开设的一门专业基础选修课。本课程教学采用现有教材和国内外最新研究进展相结合，适合化学工程与工艺专业的高年级学生选修。随着能源形势的发展，能源转化与新能源已经成为当前的研究重点，该课程将能源转化中的化学问题和催化基本原理结合，采用新的知识结构模式进行理论授课教学，使学生能够全面了解和掌握催化基本原理及其在能源化工中的应用，培养学生实际分析问题和解决问题能力，达到学以致用的目的。该课程主要内容包括：催化作用基本概念、多相催化理论以及化石能源催化转化，生物质能催化转化、太阳能催化转化（光催化）、电能催化转化（电催化）的基本原理、催化材料及催化技术。通过本课程系统学习，要求学生全面掌握催化基本原理、能源转化过程中涉及的催化过程及催化材料；学会应用催化基本原理去理解能源转化过程的催化问题，了解能源转化中催化相关技术的现状及发展方向。培养学生能源与环境可持续发展理念，具备把握能源化工领域发展动向的能力，为培养学生成为合格的工程师打下坚实的专业基础。（二）课程教学目标及其与本专业毕业要求的对应关系序号课程教学目标毕业要求1掌握催化基本原理、能源转化过程中涉及的催化过程及催化材料，能应用本课程中所学的基本知识与原理，理解能源转化过程的复杂催化问题。毕业要求1．具有从事化学工程专业工作所需的相关数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能运用这些知识解决化工过程中涉及的复杂工程问题。2应用催化基本原理了解能源转化中催化相关技术的现状及发展方向；配合综合创新实验、课程设计和毕业设计等实践教学环节，提出有特色的能源转化新催化材料的设计与开发方案。毕业要求1．具有从事化学工程专业工作所需的相关数学、自然科学、工程基础和专业知识，并能运用这些知识解决化工过程中涉及的复杂工程问题。3培养学生能源与环境可持续发展理念，把握能源化工领域发展动向，了解国内外发展趋势，积极参与讨论交流与能源状况的社会调查，具备寻找新催化方法的研发能力。毕业要求10．能够就化工过程的工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，并具备一定的国际视野。

毕业要求12．具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。（三）课程教学方法与手段本课程以课堂多媒体讲授为主，课程内容包含一定讨论与学生报告，课外作业。教学中加强启发式教学，尽量找规律、抓重点、析难点，重视培养学生分析问题和解决问题的能力，激发学生对催化科学的学习热情，对学生今后的学习与课外科研以及技术创新提供基础。在开设本课程的同一学期课开设相关的综合创新实验，结合后续毕业实习、毕业论文/设计，让学生能够将专业知识应用于解决应用于能源转化的催化材料设计、制备、表征分析的复杂工程问题。（四）课程与其它课程的联系本课程是化学工程与工艺专业的专业选修课。课程学习过程中涉及到《无机化学》、《有机化学》、《化工工艺学》等基础课和专业基础课的内容。同时该课程也是后续课程实践与毕业设计的基础，例如综合创新实验、毕业实习、毕业设计/论文等。（五）教材与教学参考书教材：吴志杰编著，《能源转化催化原理》,中国石油大学出版社，2018.教学参考书：1、王桂茹，催化剂与催化作用：石油、非石油资源催化转化制取能源及化学品，大连理工大学出版社，2015.2、加百勒森迪

(GabrieleCenti),

拉特格

A.

范桑滕

(RutgerA.vanSanten),

可再生资源催化技术——从资源到能源生产,

化学工业出版社,2012.3、黄仲涛，彭峰主编，《工业催化设计与开发》，化学工业出版社，

2009.

二、课程的教学内容、重点和难点第一章能源与能源转化概述教学要求：1.了解能源资源的现状与未来；2.

理解能源与社会发展的关系、能源的重要作用；3.

掌握能源转化的形式与发展趋势。教学内容：1.

能源定义及其分类；2.

能源与社会发展的关系；3.

能源资源现状4.

能源转化的形式与发展趋势教学重点：能源的定义、分类以及能源转化的形式难点：能源转化的发展趋势

第二章催化作用的基本原理教学要求：1.

了解工业催化的发展历史、能源化工过程中有代表的催化过程。2.

掌握催化作用的基本特征、工业催化剂的要求、多相催化反应过程；3.

理解催化剂表面上的化学吸附、催化剂的组成与载体的作用。教学内容：第一节催化工业发展史涉及能源转化过程的催化发展史，能源化工过程中有代表的催化过程介绍第二节催化作用的基本特征和催化剂催化剂与催化作用的概念、基本特征；催化剂的组成与各组成的功能；工业催化剂的要求。第三节吸附作用与多相催化多相催化的反应步骤；传质过程，内外扩散；吸附过程，吸附态；表面反应；脱附过程；吸附等温线，BET方程测比表面积；金属、金属氧化物、半导体氧化物表面上的化学吸附。教学重点：能源化工过程中有代表的催化过程介绍；催化作用的基本特征和催化剂难点：催化剂表面上的化学吸附、催化剂的组成与载体的作用。

第三章化石能源催化转化原理与新催化技术教学要求：1．了解化石能源催化转化的现状与发展趋势；2.

了解清洁燃煤技术、天然气催化转化技术最新进展；3．掌握固体酸催化剂、分子筛催化剂及其在石油催化裂化中的作用；4.

理解催化燃烧与F-T合成催化技术的原理。教学内容：第一节固体酸碱催化剂及石油催化裂化固体酸催化剂、分子筛催化剂类型，催化作用原理；催化裂化工艺流程；烃类的催化裂化反应原理；催化剂的失活与再生；催化裂化设备。第二节煤炭转化中的催化清洁燃煤技术与催化燃烧，F-T合成催化介绍第三节天然气转化中的催化教学重点：固体酸催化剂、分子筛催化剂及其在石油催化裂化中的作用；难点：催化燃烧与F-T合成催化技术。

第四章生物质能源转化中的催化原理与催化技术教学要求：1．了解生物质与生物质能基本概况；生物燃料乙醇与生物柴油的应用；2.

了解生物质平台化合物转化的技术路线图；3．掌握生物质催化裂解的方法与技术进展；4.

理解生物柴油合成的催化过程以及副产物甘油的催化转化教学内容：第一节生物质与生物质能基本概况第二节生物质一般催化转化原理与技术生物质催化燃烧技术；生物质气化；生物质催化热解技术第三节生物乙醇与生物质平台化合物催化转化第四节生物柴油与能源应用教学重点：生物质与生物质能基本概况；生物燃料乙醇与生物柴油的催化生成过程，生物质平台化合物的催化转化方法；难点：生物柴油合成的催化过程以及副产物甘油的催化转化。

第五章化学制氢的催化原理与催化技术教学要求：1.

了解氢能的特点与国内外氢能现状与发展趋势；2.

了解氨气低温催化分解制氢，硼烷催化分解制氢等新技术；3.

掌握天然气与煤炭催化制氢、乙醇催化重整制氢的原理；4.

理解催化重整制氢过程中催化剂在高温反应条件下的行为。教学内容：第一节氢能的特点与国内外氢能概况第二节天然气与煤炭催化制氢第三节液体原料醇类催化重整制氢甲醇催化重整制氢和乙醇催化重整制氢的原理、催化机制、催化剂研究进展第四节燃料电池发展中最新的催化制氢方法氨气低温催化分解制氢、硼烷催化分解制氢的原理与催化进展第五节氢气的吸附与储存教学重点：天然气、液体原料醇类制氢的基本原理与技术进展；难点：燃料电池发展中最新的催化制氢方法

第六章太阳能转化中的光催化原理与催化技术教学要求：1．了解太阳能资源与太阳能热利用的形式；2.

了解典型光催化剂TiO2的可见光性能提高的方法；3．掌握光催化原理，光催化制氢催化剂设计；4.

理解半导体能带结构理论、光电化学制氢系统设计。教学内容：第一节太阳能资源与太阳能热利用第二节光催化基本原理与发展历史半导体光催化能带理论、光催化发展历史、光催化剂类型第三节典型光催化剂TiO2的研究进展工作原理、可见光性能提高的方法、复合半导体光催化剂等介绍第四节光催化制氢的原理与技术进展半解水和全解水制氢的原理、制氢助催化剂的设计、光电化学制氢系统第五节光催化合成二氧化碳光催化转化等。教学重点：光催化原理与典型光催化剂TiO2的可见光性能提高的方法、光催化分解水制氢助催化剂的设计；难点：复合半导体光催化剂协同效应与能带理论，二氧化碳光催化转化。

第七章能源转化中的电催化原理与催化技术教学要求：1．了解电动车的发展历史、现状与发展趋势；2.

了解锂离子电池相关的催化材料，最新技术进展；3．掌握电化学基本知识、电催化方法；4.

掌握燃料电池中阴、阳电催化过程，催化剂的类型与特性；4.

理解二氧化碳的电催化转化原理与研究方法。教学内容：第一节电化学基本知识与电催化方法电化学基本概念、电极反应、分析方法与仪器，电催化转化原理。第二节燃料电池中的电催化原理与新技术进展燃料电池工作原理、阳极阴极电催化过程；氢燃料电池、液体醇燃料电池催化剂研究进展；燃料电池车系统与发展趋势。第三节锂离子电池相关的催化材料锂离子电池的工作原理，电极材料、充放电过程的化学变化与技术关键；最新的催化材料与技术。第四节二氧化碳的电催化转化电催化合成的基本状况；CO2电催化合成燃料与化学原料的原理、催化进展；以及最新的氮气电化学转化介绍，电能-化学能-电能转化模式。教学重点：电化学基本概念、电极反应；燃料电池中阳、阴极电催化原理，催化剂的类型与特性；锂离子电池的工作原理与最新进展；难点：CO2电催化合成的原理以及能源转化过程中能量效率的评价。

三、学时分配教学内容其中：各教学环节学时分配

章节主要内容学时分配讲授实验讨论习题实践在线学习其它支撑课程教学目标第一章能源与能源转化概述22

1，3第二章催化作用的基本原理44

1、2第三章化石能源催化转化原理与新催化技术64

2

1、2、3第四章生物质能源转化中的催化原理与催化技术44

1、2、3第五