详见Google学术搜索 专著：罗雄麟著. 化工过程动态学. 北京：化学工业出版社，2005/04 专著：罗雄麟,许锋著. 过程控制与工艺设计一体化——催化裂化装置动态机理建模与控制分析设计. 北京：科学出版社，2008/04 罗雄麟,袁璞,林世雄. 催化裂化装置动态机理模型(I)反应器部分. 石油学报(石油加工), 1998/03,14(1): 34–40 罗雄麟,袁璞,林世雄. 催化裂化装置动态机理模型(II)再生器部分. 石油学报(石油加工), 1998/06,14(2): 61–65 罗雄麟,袁璞,林世雄. 催化裂化装置动态机理模型(III)两器压力平衡及压力系统. 石油学报(石油加工) , 1998/09,14(3): 33–37 罗雄麟,袁璞,林世雄. 催化裂化装置动态机理模型(IV)模型求解与仿真软件平台的开发. 石油学报(石油加工), 1998/12,14(4): 50–56 罗雄麟,左信,袁璞. 催化裂化装置动态机理模型的应用——反应控制策略分析. 石油学报(石油加工) , 1999/12, 15(6): 75–80 罗雄麟,袁璞,林世雄. 前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置催化剂藏量稳定性分析. 石油大学学报(自然科学版), 1998/08,22(4): 86–89+92 罗雄麟,袁璞,林世雄. 前置烧焦罐式高效再生器催化裂化装置稳定性分析. 化工学报, 1998/12, 49(6): 689–699 LUO Xionglin, ZUO Xin, DU Dianlin. Varying Model Based Adaptive Predictive Control of Highly Nonlinear Chemical Process. 2005 International Conference on Control & Automation(ICCA2005), June 27–29, 2005 Budapest, Hungary: 537–540 DU Dianlin, LUO Xionglin, Wu Chongguang. 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柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。我为大家整理的柴油发动机新技术论文，希望你们喜欢。 柴油发动机新技术论文篇一 柴油发动机燃烧技术及汽车新能源 摘要：汽车无疑是21世纪发展最为迅速，对人类影响最大的机械。近几十年来，面对地球能源的日益短缺和环境保护的严重形势，人们对车用发动机的燃油经济性更加重视，节能减排受到广泛关注。本文针对近年来柴油发动机燃烧技术以及其他汽车替代燃料的新能源开发应用进行了介绍和评论。最后对柴油发动机燃烧新技术的今后发展进行了展望，指出了汽车科技在21世纪的发展方向，即改善燃烧技术并且研发应用新能源。 关键词：柴油发动机 燃烧技术 燃料 新能源 0 引言 随着机动车保有量的迅速增加，全球石油能源临近枯竭。同时，排放法规日益严格，要求大幅降低汽车尾气中NOx和PM等排放。因此，燃油的经济性、节能减排受到广泛关注。改善燃烧技术，研发汽车新能源渐渐成为一项重要的课题。 汽车的动力来源于发动机气缸内燃料燃烧所放出的热能。传统的汽车发动机根据所用燃料种类区分，可分为柴油发动机和汽油发动机。近年来，由于世界能源短缺和环保低碳的要求，人们开始开发新型清洁燃料，如甲醇、乙醇、液化石油气(LPG)、压缩天然气(CNG)等。现在又大力开发混合动力汽车、电池电动汽车、电容电动汽车和太阳能汽车等。 1 柴油发动机燃烧技术 柴油机汽车因压缩比高，燃油消耗平均比汽油机汽车低30%左右，所以燃油经济性较好、热效率较高。但是传统的柴油机燃烧过程，是采用高压喷射将燃油喷入气缸，形成混合气，并借缸空气的高温自行发火燃烧。如果燃烧不充分，极易产生NOx 、PM。随着排放标准的提高，政府对节约能源与减少排放日益重视。为达到排放法规和降低油耗的要求，应该加强新的燃烧方式的探索，开发出高性能低成本的先进柴油机。近些年应运而生的先进的燃烧技术有：均质充量压缩点燃(HCCI)和低温燃烧(LTC)等。他们与传统的燃烧模式相比有很多自身的优势，有足够的提高效率和降低排放的潜力，但还需要进一步的深入讨论和完善。 均质充量压缩着火(HCCI)燃烧 自20世纪70年代末，均质充量压缩着火(HCCI)燃烧这一新概念被报道，国际上学术界和工业界一直高度重视这一燃烧技术，是世界内燃机燃烧研究领域中的热点之一。 均质充量压缩着火燃烧，就是柴油机在着火前像汽油机那样形成均质混合气，消除扩散燃烧，采用较高压缩比，压缩可控着火，实现近似等压燃烧;同时要具有良好的化学反应动力学效应，实现低温火焰快速燃烧，燃烧持续期短，燃烧效率高，可以同时保持较高的动力性和燃油经济性，达到高效、低污染的目标。与传统的点燃式发动机相比，它取消了节气门，泵气损失小，混合气多点同时着火，燃烧持续期短，可以得到与压燃式发动机相当的较高的热效率;与传统柴油机相比，由于混合气是均质的，有效的解决了传统均质稀混合气燃烧速度慢的缺点，燃烧反应几乎是同步进行，没有火焰前锋面，燃烧火焰温度低，可以同时降低NOx 和PM排放。另外，实施HCCI燃烧模式可以简化发动机燃烧系统和喷油系统的设计。因为HCCI燃烧的着火和燃烧速率只受燃料氧化反应的化学反应动力学控制，受缸内流场影响较小，同时均质预混的混合气组织也比较简单。HCCI的优点还包括它的燃料灵活性高，它能使用包括汽油、柴油、天然气、液化石油气(LPG)、甲醇、乙醇、二甲醚以及混合燃料等多种燃料。 HCCI这一燃烧方式具有重要的理论意义和广阔的应用前景。目前已在化学反应动力学机理、燃烧控制、负荷拓展等多个方面有了很大的进步。不过，业内多数研究机构认为该技术成熟至少应在2015年后，要想实用化在还技术上还存在很多弊端。这些弊端主要包括：均质混合气的制备;CO和HC排放的降低;低负荷下的燃烧不稳定和失火;高负荷下的燃烧粗暴;着火相位和燃烧速率的控制等。 低温扩散燃烧 对于柴油机来说，燃烧技术的关键是同时降低微粒和 NOx 排放，基本思想是加速燃油与空气混合，尽量燃烧“均匀”混合气，同时还需要降低燃烧温度，实现“低温”燃烧。柴油机低温燃烧，就是控制缸内燃烧温度低于NOx和碳烟的生成温度，从而有效降低NOx和碳烟排放。均质充量压缩着火(HCCI)燃烧属于低温燃烧，另一种低温燃烧技术是低温扩散燃烧。 与均质充量压缩着火(HCCI)燃烧不同，低温扩散燃烧的着火仍是由燃油喷射来控制。着火时，缸内存在燃空当量比大于1的区域，因此也就存在扩散火焰，燃烧速率受控于燃油空气混合速率，其较低的燃烧温度是通过采用相当大的冷却EGR率、低压缩比以及推迟喷射定时等措施来实现的。 富氧燃烧技术 发动机气缸内燃料的燃烧是靠空气中的氧气来助燃的， 因此改善发动机燃烧技术可以从进入发动机气缸助燃的空气入手。发动机富氧燃烧就是用比通常空气(含氧21%)含氧浓度高的富氧空气为发动机进气的燃烧。富氧燃烧可增加发动机的功率密度，提高柴油机的动力性和经济性，降低碳烟、CO和HC的排放，它是一项高效节能的燃烧技术。 早在 20世纪60年代末Karim等就已经开始了对柴油机富氧进气燃烧的研究[2]。我国于80年代中期开始富氧技术的研究。从20世纪90年代开始，通过研究人员的大量研究，富氧燃烧技术取得了一系列实质性进展。 由于富氧燃烧提高了柴油机的燃烧速率，优化了燃烧过程，提高了燃料能量释放率，所以使柴油机具有更好的动力性和经济性。富氧燃烧降低了碳烟、CO和HC的排放， 却增加了NO的排放。近年来研究人员提出了更为先进的燃烧技术――膜法富氧燃烧， 膜法富氧技术其基本原理主要是扩散和溶解，利用供应的气体分离膜两边的压力差以及各气体组分对于特定高分子膜的相对通过率不一样，而实现渗透和分离，获得某种高浓度气体[3]。 对于柴油发动机来说，膜法富氧不但可以提高发动机动力性能，最重要的是能够降低NOx和碳烟，达到降低排放的目的。膜法富氧技术被称为“资源的创造性技术”。 当量比燃烧 最近几年，为了适应更加苛刻的环保法规，柴油机产品上都使用了尾气后处理器，使柴油机的成本增加，也降低了可靠性。为降低后处理成本，Reitz等人[4]-[6]开展了柴油机当量比燃烧的研究，以便使用三元催化器。在一台单缸机上进行了试验。研究发现，在一定条件下，柴油机当量比燃烧可以实现极低的NOx和碳烟排放，二者都在(kWh)以下。柴油机当量比燃烧研究的开展是最近几年才开始的，已经显示出很好的低NOX和PM排放性能。如果能够改善经济性，当量比燃烧在柴油机上的应用奖充满期望。 2 汽车新能源 随着汽车工业的不断发展，柴油、汽油等燃料的需求也越来越大，导致的最直接的后果就是石油日益枯竭，柴油、汽油等价格上涨。同时汽车尾气污染也日趋严重，在不可再生能源的日益枯竭和价格的不断上涨以及环保要求的双重压力下，寻找新能源将是今后汽车行业的主要任务。 燃气汽车 燃气汽车主要有液化石油气汽车和压缩天然气汽车。燃气汽车由于其排放性能好，运行成本低、技术成熟、安全可靠，被世界各国公认为当前最理想的替代品。天然气作为一种储量丰富干净可靠的清洁燃料，兼备汽油柴油的优点，具有抗爆性好、自燃温度高、排放特性好等特点，非常适合作为内燃机的代用燃料使用。与柴油相比，颗粒物和NOx排放非常少，而与汽油相比，HC、NOx和CO2排放较少。因此，加强对燃气汽车的研究，对缓解石油能源危机，改善环境具有重要意义，对于保障国民经济的持续发展也具有重大的战略意义。 电动汽车 电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。电动汽车最大的优点是只要有电力供应的地方都能够充电。但是蓄电池单位重量储存的能量太少，还因电动车的电池较贵，又没形成经济规模，故购买价格较贵。目前电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有镍镉电池、钠硫电池、燃料电池、锂电池、飞轮电池等，这些新型电源的应用对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。 混合动力汽车 混合动力是指在原有的汽油发动机和柴油发动机基础上，同时配以电动机来改善低速动力输出和燃油消耗的车型。混合动力主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃油消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的油耗。混合动力汽车最大的优点就是“零”排放，而且采用混合动力后可按平均需用的功率来确定内燃机的最大功率。 甲醇HCCI燃烧 均质压燃的燃烧方式本身具有热效率高、NOx 排放低和几乎零PM排放的优点。甲醇来源广泛，着火界限宽，其气化速度快和易于形成混合气的特点，能更好地适应HCCI稀薄燃烧及分布式多点着火的工作方式。具有较高的抗爆性能，可以提高发动机的压缩比和热效率。将HCCI燃烧技术运用到甲醇车用发机上可满足节能减排的要求，但是目前还未能满足实际运用的要求，如对甲醇发动机HCCI燃烧过程的进行控制、拓展其负荷范围的方法等。 由此可见，汽车科技在21世纪的发展方向就是改善燃烧技术并且研发应用新能源。在大力改善燃烧技术的同时，积极降低替代燃料的生产成本、使用价格，使新能源发展为汽车产业的可持续发展带来光明的前景。 参考文献： [1]Karim G examination of the cnmhustion processes in a compression-ignition engine by changing the partial pressure of oxygen in the intake charge[C].SAE Paper 680767. [2]李胜琴，关强，张文会等.汽油发动机富氧燃烧分析[J].内燃机，2007(1)：51-52. [3]SangsukLee，[C].SAE Paper 2006-01-1148. [4]Lee，S.，GonzalezD.，.，Reitz，[C].SAE Paper 2007-01-0121. [5]Chase，S.，Nevin，R.，Winsor，R.，Baumgard，K.，StoichiometricCompressionIgnition(SCI)Engine[C].SAE Paper2007-01-4224. [6]黄喜鸣.浅谈汽油机稀燃层燃技术[J].装备制造技术，2006(4)：174-175. 柴油发动机新技术论文篇二 现代柴油发动机节能减排新技术 摘要：文章主要对传统柴油发动机与汽油发动机的优缺点、现状及存在的问题进行了分析和阐述，从高压电控共轨技术、冷却式EGR技术等几方面介绍了现代柴油机为了更好地适应社会发展所采用的一系列节能减排的新技术，以提高柴油机的综合性能。 关键词：柴油机;节能减排;冷却式EGR技术;高压电控共轨技术 中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1009-2374(2012)20-0135-03 近几年来，随着发达国家柴油轿车在全部轿车中所占份额的不断增加，电控汽车柴油机开始异军突起，技术也有所突破，特别是出现了改变传统燃油喷射系统的组成和结构特征的高压共轨系统，并且为了符合国际的排放标准及节能标准出现了各种各样 的节能减排技术，使得柴油机的发展越来越好。 1柴油发动机的优缺点 柴油机的优点 柴油机与汽油机相比，主要有三大优点： (1)扭矩大。相同排量下，柴油机力气更大，扭矩更大。 (2)省油。首先柴油的能量密度含量比汽油高;其次柴油机的热效率高。一般柴油机的油耗要比汽油机的低30%～40%。 (3)环保。由于柴油机的富氧燃烧，所以柴油机的CO、HC和CO2排量相对于汽油机较低。 柴油机存在的问题 柴油机的性能虽然在很多方面比汽油机更有优势，但是也存在着很多关键性的问题需要解决。 (1)尾气排放问题。虽然较汽油机来说，柴油机的CO、HC和CO2排量较低，但是颗粒和NOX的排放比较难控制。 (2)油耗问题。虽然柴油机的油耗要比汽油机的低，但是为了实现社会发展的需要，进一步降低油耗也成为柴油发动机所要克服的问题之一。 (3)升功率问题。柴油发动机本身的质量和体积也影响了其各方面的性能，所以为了使得柴油机进一步得到社会的认可，如何提高柴油发动机的升功率也成为了柴油机发展过程中的问题。 (4)比质量问题。柴油机由于采用压燃的方式，所以其材料要求较高，且其压缩比较大，也使得 柴油机相对于汽油机在同等排量的情况下其质量较大。 2现代柴油机新技术 高压电控共轨技术 高压电控共轨式燃油喷射系统的出现，基本上改变了传统柴油机燃油喷射系统的组成和结构特征。高压电控共轨系统的最大特征就是燃油压力的形成和燃油量的计量在时间上、在系统中的部位和功能方面都是分开的。燃油压力的形成和燃油量的输送基本上与喷油过程无关。根据电控单元的指令控制每个喷油器，使得每个喷油器可按所要求的精确的喷油正式从共轨中“调出”具有所要求的精确压力和精确循环的燃油。改善了燃烧过程，提高了燃烧效率，降低了燃烧噪声和排放。该项技术已普遍在柴油车上使用。 冷却式EGR技术 采用冷却式EGR系统，在EGR气体流动管上安装冷却装置，当EGR气体进入进气管前先降低其温度，故燃烧温度比一般的EGR系统明显降低，且因进气密度高，进入燃烧室的气体量多，使得燃烧更完全，故也可减少PM的排放。 均质燃烧技术(HCCI) 在均质燃烧方式下，柴油和空气在燃烧开始前已充分混合，形成均质预混合气。混合气被活塞压缩并发生自燃，并呈分布均匀、稀混合的低温、快速燃烧，从根本上消除了产生NOx的局部高温区和产生PM的过浓混合区，从而能大大降低NOx和PM的排放。 排放控制技术 (1)AR(吸附还原催化剂)。在稀燃阶段将NOx吸附储存起来，而在短暂的富燃阶段，NOx释放并被排气中的HC还原。 (2)SCR催化转化器。它是一种剂量系统，系统将还原剂(尿素)导入排气中，混合后再经过催化，可减少NOx的排放。 (3)NSCR。它是在去氮催化器中，用碳氢化合物作还原剂，将废气中的NO3还原。 (4)采用碳素纤维加载低电压技术。碳素纤维具有催化活性，能促进废气中的NO与C或HC进行氧化还原反应，随着电压的升高，可使NOx排放明显降低。 颗粒排放控制技术 (1)颗粒捕捉器。颗粒(PM)是柴油机尾气主要成分之一，对人体的危害也非常大。颗粒捕捉器能够将尾气中的颗粒物过滤掉，可以达到90%以上的净化效果。 (2)氧化催化器。氧化催化器是利用催化器中的催化剂来降低废气中的HC、CO和颗粒中的可溶有机成分的活化性能，使这些成分能与废气中的O2在较低的温度下发生反应，从而降低柴油机的有害物质排放量。 多气门技术 多气门发动机是指每一个气缸的气门数目超过两个，即两个进气门和一个排气门的三气门式;两个进气门和两个排气门的四气门式;三个进气门和两个排气门的五气门式。气门布置在气缸燃烧室中心两侧倾斜的位置上，是为了尽量扩大气门头的直径，加大气流通过面积，改善换气性能，形成一个火花塞位于中心的紧凑型燃烧室，有利于混合气的迅速燃烧，提高柴油机的经济性。 增压中冷技术 增压就是增加进入柴油机汽缸内的空气密度，中冷则是将压缩后的空气的温度降低。最终是提高进入气缸内的空气量，能够在不改变发动机排量的基础上提高柴油机输出功率，降低其升功率。 轻质量设计技术 在柴油机设计上，由于轻质量技术的应用以及材料和制造水平的提高，使得柴油机的比质量也有所下降，由汽油机派生出来的柴油机总质量约为汽油机的110%。 3柴油机技术发展趋势 从当今世界各主要汽车与发动机公司开发的新一代柴油机的技术变化看来，尽管柴油机各有特点，但大体上反映了以下发展趋势： 优化结构设计 优化结构设计，减少摩擦与附件功率损失，提高机械效率。柴油机的有效效率等于指示效率与机械效率的乘积，因此，柴油机的燃油消耗率也直接受到机械效率的影响，国外在致力于完善缸内工作过程的同时，也十分重视减少摩擦损失和提高机械效率的研究。此外，以德国MTU公司为代表的可变排量技术也是一种有效手段。 发展各种代用燃料 代用燃料大多是二次能源，常用的有植物油、天然气、醇类燃料、氢和燃料电池等。各种代用燃料一般都有降低环境污染的效果，并且都有较为可靠的来源。 降污的柴油添加剂 研究节能降污的柴油添加剂，改善燃料的燃烧性能，对已投入使用的车辆来说，是较佳的技术处理方法之一。 4结语 先进柴油机技术的应用使柴油机的综合性能有了极大的提高，因此柴油机在市场上的占有量正逐步提高。特别是在欧洲，柴油轿车的销售量已占轿车总销量的1/3以上，并且这一数字仍在不断增长。在我国，先进技术的柴油机汽车将得到广泛的采用。 参考文献 [1]何林华.车用柴油发动机的发展趋势[J].客车技术与研究， 2004，(3). [2]李棠， 李理光.柴油机HCCI燃烧的均质混合气制备 [J].汽车技术，2004，(5). [3]周玉明. 减少柴油机NOx排放的机外措施[J].柴油机，2001，(1). [4]邓元望，朱梅林，向东.柴油机微粒排放控制方法评述 [J].柴油机，2001，(5). [5]廖梓珺， 陈国需， 陈淑莲.柴油机排放控制技术的研究进展[J]. 拖拉机与农用运输车，2009，(5). 作者简介：王晓慧，女，浙江工贸职业技术学院助理讲师，硕士，研究方向：载运工具运用工程。 看了“柴油发动机新技术论文”的人还看： 1. 柴油机新技术论文 2. 柴油机共轨新技术论文 3. 电力机车新技术论文 4. 农业机械技术论文 5. 关于机械化的论文
负载在g‑C3N4纳米片的PtCo合金和周围Co单原子的协同作用促进整体水分解
研究背景
太阳能驱动的全分解水可大规模生产氢气和氧气，是满足清洁能源需求和解决化石燃料危机的理想策略。然而，在不消除牺牲试剂或不需要施加外部偏压的情况下，水分解需要协同活性位点，以连接空间分离的析氢和析氧反应。具有最高原子利用效率的原子分散催化剂已成为催化领域的前沿。然而，单组分单原子催化剂在整个光催化水分解反应（OWS）中的应用却鲜有报道。
内容简介
基于此，近日华东师范大学姚叶锋和王雪璐团队设计了一种双组分协同光催化剂，其包含单原子Co（CoSAs）中心和PtCo合金纳米颗粒（Nps）的分散体负载在C3N4纳米片上。CoSAs中心是析氢反应（HER）的高活性位点，PtCo合金是析氧反应（OER）的高活性位点。当两个不同的反应中心结合时，它们之间会产生协同效应，这表明CoSAs中心和PtCo合金Nps之间可能存在质子或羟基溢出现象。CoSAs中心和PtCo合金的协同促进了OWS反应实现最大原子利用率和最佳双功能活性之间的协同。这种结合为开发OWS原子分散催化剂提供了一个很有前景的模型。相关论文以” Synergistic Promotionof Single-Atom Co Surrounding a PtCo Alloy Based On a g‑C3N4 Nanosheet for Overall Water Splitting”发表在ACS Catal.
本文亮点
1. 设计了一种新型的双组分协同光催化剂CoSAs/PtCo@CNN，由负载在纳米片g-C3N4上的CoSAs和PtCo合金纳米颗粒组成。该催化剂有效地促进了光催化整体水分解反应。
2. 纳米片C3N4具有大的比表面积和高的孔容，为CoSAs的形成提供了丰富的N配位。CoSAs和PtCo合金的协同活性在最大原子利用率和析氢析氧双功能反应性之间架起了一座桥梁。
3. CoSAs/PtCo@CNN在可见光照射下，三乙醇胺（TEOA）存在下，催化剂在整个水裂解反应中的产氢活性高达μmol/h·g，产氢活性为 mmol/h·g。
4. 这项研究不仅为构建协同合金位点开发高效的单原子光催化剂提供了一种有希望的策略，而且还提供了对结构的深入了解 通过光催化过程进行的整体水分解反应的活性关系。
图文解析
TEM,FT-IR
CN样品由膨胀和连续结构中的大波浪层组成。负载金属后，金属颗粒聚集在大块CN的表面或次表面。经过两步煅烧后，所得CNN样品转变为薄、松散、柔软的丝状纳米片结构。煅烧方法导致了CN层的卷曲，使金属颗粒更均匀、更稳定地负载在表面上。红外光谱结果表明CNN样品的C-NH-C键的振动明显强于CN样品中的振动，表明CNN具有高浓度的-NH-缺陷位点，可能会增强水分子的光催化活性。
NMR
在D2O 处理（表示为 CNN-D）之前和之后获得的 CNN 样品的1D 1H MAS 核磁结果表明当 CNN 样品中残留水通过 D2O 处理被氘化时，CNN-D 的 Hw 信号显著减弱。这表明CNN样品具有易于吸附和解吸水分子的双重优势。相反，在 D2O 处理后，普通 CN 样品的Hw 信号强度或其位置没有显著变化，表明由于氢交换没有明显的结构变化。氘交换后, CNN-D 样品的 CN3, Ha 峰的相关性显著降低, 表明边缘氨基(Ha) 和 d 氘化水之间存在强烈的质子交换。相比之下, CN-中的质子交换的证据Ha和氘化水之间的D样品几乎没有氘处理前后的变化。
XANES,HAADF-STEM
为了进一步了解铂和钴金属的配位化学，测试了CoSA/PtCo@CNN催化剂的X射线吸收近边缘结构（XANES）光谱。在CoSAs中形成Co（II）Nx配位中心外，合金中的Co4s和4p轨道还通过与Pt电子结合发生杂化。EXAFS分析表明PtxCo合金和N-Co（II）连接性结构形成。Pt L3边缘的EXAFS光谱中电子的径向分布发生了Å的偏移，表明Pt Co键的形成。Co 原子分散在单金属位点，中心 Co 原子由四个 N 原子配位稳定。少量的 CoSA可以通过长距离的 Co-N-C 协调。像差校正的HAADF-STEM结果表明分离出单个纳米颗粒具有 nm 间距的晶面（Pt3Co 平面）并被许多孤立的金属原子包围。结合 XANES 分析，纳米粒子（NPs）和孤立的金属原子分别为PtxCo 合金和单个 Co 原子。CoSAs/PtCo@CNN 催化剂的组成为大多数 Pt 原子参与形成随机分布的PtCo 合金。额外的Co原子不均匀地分散在 PtCo 合金簇。很少量的Co单原子远离单纳米粒子。所有这些形式共同构成CoSAs/PtCo结构体。
EPR,UV-vis
CoSAs/PtCo@CNN 催化剂用于在紫外-可见光照射下在整个水分解反应中生成产物，而无需使用任何电子牺牲剂，通过原位 EPR 光谱观察到悬浮液中•OH（羟基自由基）的特征信号。这种强烈的•OH 信号表明该途径涉及水的单电子氧化以产生•OH。在 CoSAs@CNN 上仍然没有检测到 •OH 信号，CoSAs/PtCo@CNN表现出高活性产氢气（高达 μmol/h·g）和 μmol/h g的活性用于整个水分解反应中的 O2。在整个水分解反应中观察到 H2O2 产物。催化剂使用3次后，PtCo合金上的Co0保持稳定的结构。在单组分催化剂 CoSAs@CNN 或 PtCo@CNN 上没有检测到可测量的 H2 或 O2 物种，这表明单原子 Co 和纳米片CNN 上负载的 PtCo 合金复合材料之间存在协同。
DFT
理论计算给出了CoSAs/PtCo@CNN对 HER 的反应途径。第二步（OH* O*）为 OER 过程的决速步。对于合金表面的 Pt 位点、合金表面的 Co 位点和 CoSAs 位点，此步骤的 ΔGO* 值分别为 、和 eV。对于 PtCo 合金表面的 Co 位点，每个基元步骤都是吸热的，其决速步基本上可用于完成 OER 半电池反应。如上所述，这种协同作用是通过 CoSAs配位的 N 原子产生的，N原子充当 HER 半反应的高活性位点。同时，由纳米片 C3N4负载的 PtCo 合金纳米颗粒是OER 的高活性位点。
该研究主要计算及测试方法
做同步辐射 找易科研
做球差电镜 找易科研
做计算 找易科研
第一作者：Zhong-Hua Xue
通讯作者：张华彬教授、楼雄文教授
通讯单位：阿卜杜拉国王 科技 大学、南洋理工大学
DOI:
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人工光催化能源转化是通过直接收集太阳能以解决能源危机和环境问题的一种非常有趣的策略，其中开发高效的光催化剂是推动光催化反应走向实际应用的中心任务。近年来，单原子催化剂(SACs)因其最大的原子利用率和优异的催化活性，而成为一种极具前景的光催化剂候选材料。在本文中，作者综述了面向光催化能源转化系统的SACs研究最新进展及当前面临的挑战，并系统性地探讨了单原子光催化过程中电荷分离/传输和分子吸附/活化的基本原理。作者不仅概述了单原子活性位点如何促进光生电子-空穴的传输并促进高效光活化循环的构建，而且全面介绍了SACs在各种光催化领域中的广泛应用。通过综述上述进展，并利用与SACs光催化整体发展相关的潜在解决方案以应对未来的一些挑战，从而为将来的SACs光催化能源转化研究提供一些启示。
背景介绍
对于无限且可自由获取的太阳能利用，人工光催化能源转化提供了一种很有希望的战略，即通过减少温室气体排放以克服全球能源危机和应对日益不稳定的气候变化。例如，光催化分解水是实现可持续清洁H2燃料生产的一种技术简单且具有成本竞争力的途径，而光催化CO2还原则是一种可部署且极具吸引力的战略，其将惰性的CO2转化为高附加值化学品并最终关闭碳循环。然而，传统的光催化系统在很大程度上依赖于催化剂的能带结构和表面结构，并由于电子-空穴对的分离缓慢和表面活性中心有限等问题，使其性能仍远不能令人满意。尽管已经付出巨大努力，但迄今为止多相光催化剂仍存在许多不足之处，如电荷载流子复合速度快、分子活化效率低等，从而显著抑制从催化剂表面到反应物物种的电荷传输与分子的进一步转化。
基于上述情况，SACs成为设计和开发经济高效的光催化剂和助催化剂的新选择及理念。有利的是，单原子光催化系统中孤立的反应位点不仅可以为光催化反应创建更多的活性中心，而且还可以拓宽光吸收范围以提高电荷分离/传输效率。所构建出的单原子光催化剂的构型具有高度可调控性，从而提供足够的光阱和表面结构精细修饰以吸附和活化分子。此外，单原子光催化剂的结构简单性可以使科研人员能够得出更精确的结构-性能相关性，从而更好地理解光催化的基本机理，并促进目标光催化剂的合理设计。尽管SACs在光催化系统中的应用研究仍处于起步阶段，但上述这些优势足以使其成为促进光催化反应的候选材料。为了推动这一新兴但发展迅速的领域，及时对单原子光催化应用的最新进展进行综述将不仅有助于揭示其主要工作机理，而且有助于启发未来的研究方向。据作者所知，尽管此前的文献中有一些非常优秀的综述重点介绍SACs的背景和合成策略，以及它们在光催化方面的独特优势；然而，这些综述并没有涵盖与单原子光催化中能带工程和能量转移路线高度相关的基本原理。
图1 . SACs用于光催化能源转化示意图。
在该综述中，作者重点从文献中提炼出单原子光催化的关键原理，以全面了解其工作机理，从而促进更高效单原子光催化剂的合理设计与制备。作者首先简要介绍了SACs光催化应用的成就和特点，随后对单原子光催化剂的合成策略及相关结构表征方法进行概述。更重要的是，作者通过举例说明了单原子金属位点加速表面电荷分离/传输的机理以及单原子光催化中分子的吸附和活化。此外，作者还介绍了SACs在众所周知的新兴光催化领域中的应用以及最新进展。最后，作者对SACs在光催化能源转化方面的未来发展方向提出了一些挑战与展望，有望为光催化中SACs的理解和工程提供一些新见解，并进一步加速这一重要新兴研究领域的发展。
图文解析
图2 . 从Webof Science中分析出单原子光催化的文献总结 ：(a)通过搜索单原子光催化关键词获得的文献数量和引用数量(截止于2021-12-12)；(b)近年来不同单原子光催化体系的百分比分布。
图3 . 单原子光催化的发展成就和特性表征时间线。
图4 . 单原子光催化剂的合成策略。
图5 . 孤立金属位点能带调控。
总结与展望
综上所述，本文详细地总结了SACs的主要原理及其在光催化领域的广泛应用。毫无疑问，单原子光催化剂因其可以加速电荷分离/传输效率和增强分子吸附/活化能力，是构建高效光催化系统的优秀候选材料。除了此前已获得的杰出成就外，单原子光催化剂的 探索 和实际应用还面临着许多挑战，包括如何实现孤立反应位点的长期稳定性和高负载等。为了克服当前的挑战，作者提出以下十点未来的研究方向和解决方案：
1. 单原子催化剂相对较低的稳定性，是其在光催化领域中应用的一个明显缺点。由于反应中间体或副产物与孤立金属位点的强键合而产生的毒化效应，可能使单原子光催化剂失活。此外，光生电子诱导的单原子反应位点向零价态金属原子的转化，也可能导致孤立金属位点的聚集形成团簇或纳米颗粒。在理想条件下，增强金属-载体相互作用和优化光催化反应，可能在一定程度上能够防止反应过程中孤立金属位点的团聚。
2. 尽管单原子光催化剂的能量转换效率在平均反应位点方面具有显著优势，但由于不饱和活性位点的密度较低，其整体性能仍远不能令人满意。因此，应进一步修饰半导体载体的表面结构以增强相互作用，可以增加单原子的负载量。此外，在基底中引入足够多的锚定位点(例如N、P和S)或特定官能团(例如吡啶和-NH2)也可用于提供丰富的结合位点以稳定单原子。
3. 精确控制反应位点的配位几何结构和单原子的数量，对于调节单原子光催化剂的活性和选择性至关重要，但这仍然是一个巨大的挑战。在合成过程中需要精确控制孤立反应位点和半导体载体之间的相互作用，以构建所需构型。通过基于结构-性能关系的理论预测，也可以提供一种可行的策略。此外，在实践中非常需要提高表征策略的准确性以准确分析单原子光催化剂的配位构型。
4. 探究两个相邻单体之间的协同作用，对于控制催化性能和加深对多相催化机理的理解具有巨大的潜力。因此，双原子或多金属单原子光催化剂的可控合成是非常必要的。由于双原子或多金属单原子光催化剂中相邻反应位点之间的协同效应，反应物的反应路径可能会大大改变，从而导致反应势垒显著降低，催化性能得到显著提高。
5. 自然界中的光催化和酶催化系统为从太阳能到化学能的转化提供了一个精妙的蓝图，其在环境条件下通常表现出卓越的活性和选择性。通过模仿自然光合反应中酶催化等活性位点的结构，可以实现更高水平SACs的仿生设计，以进一步提高SACs的整体光催化能源转化性能。将末端功能配体或孤立金属位点周围的附加活性位点进行集成，可能是开发仿生单原子光催化剂的可行策略。
6. 大量单原子光催化剂是基于含缺陷的半导体材料所开发，其中含有丰富配位金属原子的表面结合位点，从而实现增强的电荷分离/传输。然而，高浓度的缺陷可能会恶化半导体材料的结晶度，从而增加单原子光催化剂体相或表面上电子-空穴对的大量复合。因此，作者建议仔细调控单原子光催化剂中半导体载体的结构(如结晶度、缺陷)，并进一步确定其对整个反应过程的贡献。
7. 对单金属位点诱导的单原子光催化剂中电荷分离/传输过程的完整理解目前仍然具有挑战性。为此，将超快瞬态吸收光谱与电化学或显微镜技术相结合，是研究光催化反应中能量转移和捕获过程的有力手段。开发实时超快瞬态吸收技术来跟踪光催化中光生载流子的动力学，将进一步加深对电子泵模型和孤立金属位点诱导电子陷阱态的理解。
8. 追踪光催化反应过程中活性位点的结构演化，不仅可以深入了解单原子的光活化过程，还可以为合理设计高效的光催化剂提供指导。然而，目前相关的实验证据仍然非常有限，通常无法理解光催化系统中SACs的分子吸附/活化机制。利用原位或operando研究结合各种技术如拉曼光谱、XAS和XPS，可能是检测反应过程中孤立金属位点化学状态和配位环境动态演化的极好方法。
9. 将理论计算与实验结果相结合，已成为研究催化剂电子结构和光催化过程中分子吸附/活化的有力手段，其可以揭示出单原子光催化在原子尺度上的工作机理。然而，光催化反应过程中活性中心动态演化的理论模型，在实现对单原子光活化循环的合理认识方面相当有限。结合不同的模拟方法，可为 探索 单原子光催化剂在反应过程中的演化和揭示光催化活化机理提供合理途径。
10. 作为人工智能最有力的组成部分之一，基于计算机算法的机器学习可通过数据挖掘实现了快速可靠的预测，其在 探索 高效催化剂方面也显示出巨大潜力。因此， 探索 合适的机器学习方法并结合理论计算数据来预测单原子光催化剂的催化性能，并找出目标反应的理想构型是非常必要的。机器学习的实施还将为光催化反应构建结构-性能关系，从而提高对单原子光催化的理解，并促进具有高度应用潜力的高效单原子光催化剂合理开发。
文献来源
Zhong-Hua Xue, Deyan Luan, Huabin Zhang, Xiong Wen (David) Lou. Single-atom catalysts for photocatalytic energy conversion. Joule. 2022. DOI:.
文献链接：
生命科学是通过分子遗传学为主的研究生命活动规律、生命的本质、生命的发育规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。下面是由我整理的生命科学学术论文，谢谢你的阅读。
有机化学与生命科学的关系
摘 要：有机化学在生命科学发展中起着理论基础，研究工具，阐明本质的重要作用，它们有着密切的关系。本文从有机化学的发展与生命科学，有机化学的主要研究成果与生命科学，有机化学研究的任务与生命科学，三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。
关键词：有机化学;生命科学;关系
有机化学是生命科学的基础，有机化合物是构成生物体的主要物质，生物体中各种有机化合物的结构、性质以及它们在生物体内的的合成、分解、转化、代谢无不以有机化学为基础。有机化学产品正越来越多地应用于农业。如农药(杀虫剂、杀菌剂、除草剂)、植物生长调节剂、化肥、农膜等保证了农业生产;兽医药、饲料添加剂促进了畜牧业生产。要正确地使用，必须了解这些有机化合物的组成、性质和生理功能。但是，目前有些学校的生命科学专业越来约忽视有机化学课程，课时越来越少，这样对学生的进一步学习不利，比如生物化学、分子生物学等后续课程的学习。本文将从有机化学的发展与生命科学，有机化学的主要研究成果与生命科学，有机化学研究的任务与生命科学，三个方面说明有机化学课程与生命科学中的关系。希望能引起从事生命科学专业人对有机化学的重视。
1. 有机化学的发展与生命科学有密切的关系
有机化学就其最初的意义而言，是生物物质的化学。1807年，J. F. Yon Berzilius首先把从活细胞中获得的化合物命名为有机化合物。那时人们对生命现象的本质还没有认识，因而便赋予有机化合物一种神秘的色彩，许多化学家认为有机物是不可能用人工的方法合成的，它们是“生命力”所创造的。但是1828年，F. Wohler从无机物氰酸铵制得了尿素，否定了关于“生命力”的假说，可以说是化学家第一次干预了生命科学。
随后有机化学的发展主要集中在有机物的结构研究和合成方法上，较少关心它们的生物功能。尽管如此，许多化学家的研究成果还是成为了生命科学发展过程的里程碑。比如，19世纪中叶，I. Pasteur关于左旋和右旋酒石酸经典式的研究，导致70年代Vanthof和LeBel碳原子四面体构型学说的建立，它是生命分子结构不对称性的基础。E. Fischer对碳水化合物立体化学和肽合成化学的贡献是这两大类重要的生命分子化学的奠基石。20世纪50年代，A. Todd建立的核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)的化学结构，为Vatson-Crick DNA双螺旋结构的提出铺平了道路。60年代H. G. Khorana开创的磷酸二酯法合成寡核苷酸，不但证明了DNA上每三个碱基组成一个三联体密码子编码一个氨基酸从而提出了一套遗传密码，而且也开始了人工合成DNA的研究。化学家也将用化学小分子和化学工具研究生命体系。1985年H. Smith和K. Mullis发明了聚合酶链式反应(PCR)从而使分子生物学在技术上有了一个突破和飞跃。1988年SchrEiber在做靶向合成(TOS)天然产物FK506时发现FK506的结合蛋白FKBP12。1991年他们又利用小分子探针FK506和Cyclosporin发现他们可以抑制磷酸化酶神经组蛋白Calcineuin的活性。同时发现了可以生成FKBP-12-FK506神经组蛋白复合物和cyclophilin-cyclospolin-calcineulin的复合物。这些小分子同时与两个蛋白结合，而表现出的生物活性也是细胞内信号传导通路的分子基础。1992年，SchrEIber在美国《化学与工程新闻》发表了题为“用有机化学的原理探索细胞学”的论文，确信生命的过程就是生物体中化学变化过程[1-3]。
总之，有机化学理论上和实践上的成就为现代生物学的诞生和发展打下了坚实的基础。价键理论、构象学说、反应机理等成为解释生化反应的有力手段，蛋白质和核酸的组成和结构研究，顺序测定方法的建立，合成方法的创建，酶催化机制的研究，模拟酶的合成的化学模型的建立，小分子探针技术，单分子激发的技术，单分子操作的技术等重大成就，为现代生物学及生物技术开辟了道路。有机化学与生物问题的密切结合是推动生命科学发展的有力柱，也将人们对生命过程的了解提高到一个新的层次[4, 5]。
2. 一百多年来，有机化学的最高科学成果—— 诺贝尔化学奖综览
1901-2010年共110年，除去8年未授奖外，共授化学奖102项，其中有机化学方面得化学奖65项，占整个化学奖的。碳水化合物、光合作用得研究共8项;蛋白质、酶和核酸方面得研究共18项;甾族化合物、维生素和生物碱方面研究共8项;其它方面共31项。其中与生物相关的占34项。占有机化学的。由此可以看出有机化学与生命科学有着密不可分的关系。
3. 有机化学研究的任务与生命科学的关系
有机化学研究的主要任务是分离提纯、物理有机化学、合成。分离提纯即分离、提取自然界存在的各种有机物，测定它们的结构和性质，以便加以利用。物理有机化学是研究有机物结构与性质间的关系、反应经历的途径、影响反应的因素等，以便控制反应向我们需要的方向进行。合成是在确定了分子结构并对许多有机化合物的反应有相当了解的基础上，以由石油或煤焦油中取得的许多简单有机物为原料，通过各种反应，合成我们所需要的自然界存在的，或者自然界不存在的全新的有机物[6]。
有机化合物的分离提纯与生命科学
有机化学的分离提纯与生命科学的关系主要体现在两个方面，一是天然有机化学，二是分离与分析。
天然有机化学是研究动植物(包括海洋、陆地和微生物的次级代谢产物)及生物体内源性生理活性物质的有机化学。目的是希望发掘有生理活性的天然化合物，作为发展新药先导化合物，或者直接用于临床或为农业生产服务。天然有机化学的发展与国民经济有密切的联带关系，对于开发新型药物、新型农药至关重要。我国自然资源非常丰富，又有几千年传统防治疾病的经验积累，在我国大力发展天然有机化学的研究有着非常现实的意义。对内源性生理活性物质的发现及其生理活性研究，又开辟了天然有机化学研究的新领域。充分利用开发我国动植物资源包括海洋生物资源，努力开拓新的生理活性物质，为国民经济服务是天然有机化学的重要任务。
分离提纯和分析的紧密结合是有机分析的一大特点。在生命科学中也涉及到复杂系统的痕量或微量的有机物分离分析问题，比如生物活性物质的提取和分析等。气相色谱的发展是高效分离的突破口，而高效气相色谱和高效液相色谱是现代分离技术的基础。在气相色谱中新型高选择性的耐高温固定相(如手性固定相和异构体选择性分离的固定相)仍是比较活跃的研究领域。液相色谱中选择性色谱柱和选择性流动相
的应用发展是今后若干年中的主攻方面。细径柱的合理开发，多维色谱以及以色谱为主的系统分析网络将使复杂系统有机痕量物质的分离和分析跃上新的台阶。超临界流体色谱，包括毛细管柱超临界流体色谱是正在发展中的新技术。毛细管电泳是生命科学日益发展的情况下产生的新型的高效技术，在蛋白质和核酸的分离方面已显出极大的威力，是有很强发展活力的新领域。核磁共振波谱技术在谱仪性能和测量方法上有了巨大的进步，其中二维方法的发展已成为解决结构问题最主要的物理方法。NMR今后的发展趋势是如何得到更多的相关信息、简化图谱、提高检测灵敏度和发展三维核磁共振技术。质谱技术最突出的进步是新的解析电离技术的发展。随着接口技术的进步，联用技术的应用面更扩大，效果更为提高。这将使质谱成为生命科学中的一个崭新的研究手段。
物理有机化学与生命科学
物理有机化学主要是通过现代物理实验方法与理论计算方法研究有机分子结构及其物理、化学性能之间的关系，阐明有机化学的反应机理。生命科学中的物理有机化学研究，包括主——客体化学中的模拟酶催化反应，主体分子提供的微环境可控制反应，主体分子对客体分子的识别作用以及疏水亲脂作用等都是具有重要理论意义的研究领域。量子有机化学由静态向动态方向的发展是当前物理有机化学的重要组成，分子力学方法在有机分子结构与构象的研究方面有着非常乐观的发展前景。我国化学家蒋锡夔院士等发表了题为“物理有机化学前沿领域两个重要方面——有机分子簇集和自由基化学的研究”的论文，提出了可用物理有机化学方法解决生命科学的难题。
有机合成与生命科学
有机合成也与生命科学有着密切的关系。在与生命科学的联系中，金属有机化学和元素有机化学是最为活跃的领域之一。比如，有机磷化合物在农药、医药、萃取剂等方面以及有机合成化学中都有重要的应用。开展有生物活性的有机磷化合物的研究，在生命科学研究中也具有极为重要的意义。近年生物有机硅化合物以及有机硅化合物在有机合成中的应用有新的迅速发展。在基础和应用基础研究方面，硅烯、硅宾、硅的3d空轨道化学和多硅烷的研究是当今有机硅化学重要研究课题。有机硅化合物在有机合成中特别在天然有机物的合成中占有重要的地位。
无论从有机化学的发展、有机化学的研究成果和有机化学研究的任务来看，有机化学课程在生命科学中都起着理论基础，研究工具，阐明本质的重要作用。因此在生命科学中要加强有机化学的学习。
[参考文献]
[1]SchrEiber SL. Using the principle of organic chemistry ti explore cell New，1992，70：22~ 32.
[2]周晓俊，吴晖. 有机化学与生命科学. 云南师范大学学报，1998，18(1)：93-96.
[3]张礼和. 从生物有机化学到化学生物学. 化学进展，2004，16(2)：313-318.
[4]朱光美，杜灿屏. 试谈生物有机化学研究的现状与展望. 大学化学，(4)：6-8.
[5]吴毓林，陈耀叠. 探索有机体的奥秘—谈世纪交替时代的有机化学. 中国科学院院刊，1995，10(10)：215-219.
[6]汪小兰，有机化学(第四版)，高等教育出版社，2005，1-2.
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催化剂定义：又叫触媒。根据国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）于1981年提出的定义，催化剂是一种物质，它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。催化剂（catalyst）会诱导化学反应发生改变，而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应。催化剂在工业上也称为触媒。初中书上定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂，又叫触媒。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。我们可在波兹曼分布（Boltzmann distribution）与能量关系图（energy profile diagram）中观察到，催化剂可使化学反应物在不改变的情形下，经由只需较少活化能（activation energy）的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下，分子不是无法完成化学反应，不然就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。催化剂有三种类型，它们是：均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂。均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态（固态、液态、或者气态）。例如：如果反应物是气体，那么催化剂也会是一种气体。笑气（一氧化二氮）是一种惰性气体，被用来作为麻醉剂。然而，当它与氯气和日光发生反应时，就会分解成氮气和氧气。这时，氯气就是一种均相催化剂，它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素。多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态。例如：在生产人造黄油时，通过固态镍（催化剂），能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪。固态镍是一种多相催化剂，被它催化的反应物则是液态（植物油）和气态（氢气）。酶是生物催化剂。活的生物体利用它们来加速体内的化学反应。如果没有酶，生物体内的许多化学反应就会进行得很慢，难以维持生命。大约在37℃的温度中（人体的温度），酶的工作状态是最佳的。如果温度高于50℃或60℃，酶就会被破坏掉而不能再发生作用。因此，利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂，在低温下使用最有效。催化剂分均相催化剂与非均相催化剂。非均相催化剂呈现在不同相（Phase）的反应中（例如：固态催化剂在液态混合反应），而均相催化剂则是呈现在同一相的反应（例如：液态催化剂在液态混合反应）。一个简易的非均相催化反应包含了反应物（或zh-ch:底物;zh-tw:受质）吸附在催化剂的表面，反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生，但又因产物与催化剂间的键并不牢固，而使产物出现。目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置。仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率，而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂。催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时，叫做单相催化作用；催化剂跟反应物属不同相时，叫做多相催化作用。人们利用催化剂，可以提高化学反应的速度，这被称为催化反应。大多数催化剂都只能加速某一种化学反应，或者某一类化学反应，而不能被用来加速所有的化学反应。催化剂并不会在化学反应中被消耗掉。不管是反应前还是反应后，它们都能够从反应物中被分离出来。不过，它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗，然后在整个反应结束之前又重新产生。使化学反应加快的催化剂，叫做正催化剂；使化学反应减慢的催化剂，叫做负催化剂。例如，酯和多糖的水解，常用无机酸作正催化剂；二氧化硫氧化为三氧化硫，常用五氧化二钒作正催化剂，这种催化剂是固体，反应物为气体，形成多相的催化作用，因此，五氧化二钒也叫做触媒或接触剂；食用油脂里加入～没食子酸正丙酯，就可以有效地防止酸败，在这里，没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂)。
如下：
【摘要】：综述了分子氧氧化环己烷制取环己酮的催化剂的研究进展，重点介绍了光催化剂、纳米催化剂、仿生催化剂、分子筛催化剂和复合催化剂在环己烷催化氧化方面的应用，其中，负载在分子筛上的纳米金催化剂具有较高的催化活性、选择性及稳定性。
【关键词】：环己烷氧化，环己酮，催化剂的认识。
环己酮是重要的有机化工原料和工业溶剂，广泛应用于医药、油漆、涂料、橡胶、农药行业、印刷和塑料回收方面。目前，工业上制取环己醇和环己酮的方法主要为苯酚加氢法、苯部分加氢法和环己烷液相氧化法，环己烷氧化法的应用最为普遍，占90%以上。
由于环己醇和环己酮比环己烷更易于被氧化，为获得适宜的环已醇和环已酮的选择性，工业上环己烷氧化转化率通常控制在，氧化选择性为90%左右。
但环己烷的大量循环造成能耗上的巨大浪费。目前，环己烷氧化工艺研究的热点主要集中在对传统工艺的改造优化、氧化剂的选择及高效催化剂的开发。开发高性能和环境友好的催化剂成为研究热点，近年来开发的一些氧化催化剂在改善环己烷转化率和产物选择性方面表现出较好的性能。
本文主要综述分子氧氧化环己烷制环己酮催化剂的研究进展。
酶法双甘酯的制备论文字数:19829,页数:36摘 要 双甘酯（Diacylglycerol, DG）是甘三酯（Triacylglycerol, TG）中的一个脂肪酸被羟基取代的结构脂质。双甘酯是天然植物油脂中的微量成分及体内脂肪代谢的内源中间产物，它是公认安全(GRAS)的食品成分。近年来的研究表明, 双甘酯具有许多独特的生理作用和物化性质, 可广泛地应用于食品、医药、化妆品及其他化工产品, 是一类很有开发前景的新型化工原料。本论文主要对双甘酯的酶促甘油醇解、水解以及超声波外力场辅助酶促水解制备进行了研究。 首先研究了酶促棕榈油甘油醇解反应制备双甘酯，研究表明：在搅拌、棕榈油与甘油底物摩尔比为2：1、加酶量为油脂质量的8%、甘油加水量0%、反应温度42℃的条件下，酶促甘油解制备双甘酯反应较慢，反应30小时，DG的质量分数才达40%。试验同时发现，体系中游离脂肪酸生成速率较快，尤其在前12小时。体系中没有加入水，参与反应的水主要源于酶中以及油脂中已有的水分，这二者的水分含量均不高，在此情况下，水解反应却较快，这说明，酶催化水解反应的能力很强。既然酶催化水解易于进行，因此，下文进行了酶促水解制备DG的研究。 试验显示，在机械搅拌条件下，酶促水解的最优条件为：底物摩尔比（水∶棕榈油）为，加酶量为油脂质量的6%，反应温度42℃，反应时间4h，产物中双甘酯的含量达到。该试验表明，酶促水解反应比甘油醇解反应快得多，且双甘酯产率高。 为了进一步加快反应速率，本文在超声波作用下，对脂肪酶催化棕榈油水解制备双甘酯进行了试验。试验结果表明：在底物摩尔比（水∶棕榈油）为，加酶量为油脂质量的6%，反应温度为37℃，超声功率为50W，仅需反应2h，产物中双甘酯的含量即达到。关键词：双甘酯 脂肪酶 甘油醇解 水解 超声波 The Preparation of Diglyceride catalized by Enzyme Abstract: Diglyceride (DG) is a kind of structured lipid that hydroxyl replace acyl in the sn-1, 2, 3 position of triglyceride (TG). DG is a natural minor component of various edible oils and the endogenetic intermediate metabolite of lipid. Moreover, it is generally recognized as safe (GRAS) by FDA. Recent investigations have shown that diglyceride can be extensively applied to food, pharmaceuticals, cosmetics and other chemical products due to its specific physiological actions and physico-chemical properties. Diglyceride is one kind of new and promising chemical product. In this paper, the preparation of DG in different conditions were studied. Firstly, the preparation of DG by enzymatic glycerine alcoholysis of palm oil was studied. The research indicated that the DG content in the yield was only about 40% under the following conditions: mechanical agitation, ratio of palm oil to glycerol 2：1，lipase content 8%, water content of glycerol 0%，reaction temperature 42℃ and reaction time 30h. At the same time，the results show that the ability of enzymatic hydrolysis reaction is strong compared to the enzymatic glycerine alcoholysis reaction. Secondly, the preparation of DG by enzymatic hydrolysis of palm oil under the mechanical agitation condition was studied. The optimum reaction conditions were got by single-factor experiments and they are as follows: ratio of palm oil to water 1∶, lipase content 6%, reaction temperature 42℃, reaction time 4h. The DG content in the yield was under the above conditions. Thirdly, the preparation of DG by enzymatic hydrolysis of palm oil in the ultrasonic field were studied. The optimum reaction conditions are as follows: ratio of palm oil to water 1∶, Lipase content 6%, reaction temperature 37℃, Ultrasonic power 50W and the reaction time 2h. The DG content in the yield was under the above words: Diacylglycerol(DG);Lipase;Glycerine Alcoholysis;Hydrolysis;Ultrasound 目 录1 绪论 1 前言 1 双甘酯的组成、结构与功能 1 双甘酯的组成与结构 1 双甘酯的生理功能 2 双甘酯的应用 3 双甘酯在食品添加剂中的应用 3 双甘酯在医药中的应用 4 双甘酯在化妆品中的应用 4 其他应用 4 双甘酯的各种制备方法 5 双甘酯的化学制备方法 5 双甘酯的酶法制备 6 双甘酯各种制备方法的特点分析 8 双甘酯的分析方法 9 超声波及其在酶促反应中的应用 10 超声波 10 超声波工作原理 11 超声波在酶促反应中的应用 12 课题研究内容 132 测定方法 14 样品制备 14 羟基值的测定 14 乙酰化试剂的配置 14 测定步骤 14 单甘酯的含量测定 14 游离甘油含量测定 15 游离脂肪酸的含量测定 15 双甘酯的含量 16 甘三酯的含量 163 酶促棕榈油甘油醇解、水解制备双甘酯 17 试验材料与仪器 18 试验材料 18 试验仪器 18 试验方法 18 酶促甘油醇解反应 18 酶促水解反应 19 结果与讨论 19 酶促甘油醇解反应影响因素 19 酶促水解反应影响因素 20 （1）反应时间对双甘酯产率的影响 20 （2）加酶量对双甘酯产率的影响 20 （3）反应温度对双甘酯产率的影响 21 （4）底物摩尔比对双甘酯产率的影响 22 结论 234 超声场中酶促水解制备双甘酯 24 试验材料与仪器 24 试验材料 24 试验仪器 24 试验方法 25 结果与讨论 25 超声功率对双甘酯产率的影响 25 超声场与机械搅拌条件对比 26 结论 275 结论与展望 28 结论 28 存在的问题与展望 28参考文献 29Abstract 31 致 谢 32以上回答来自:
燃料电池的演化及发展探析摘要：对燃料电池的工作原理进行了详细的分析；对其演化过程进行了简述；对其最新技术进行了详细的研究；对国内燃料电池技术的发展提供了参考意见。关键词：燃料电池；碱性燃料电池；磷酸型燃料电池；熔融碳酸型燃料电池；固体氧化物燃料电池；直接醇类燃料电池；固体高分子膜燃料电池随着工业化过程的进一步加强，大气中二氧化碳的排放量和污染程度加剧，导致了温室效应越来越明显，因此环保问题引起了各国政府的重视。为此，绿色能源技术引起了各国的普遍关注，并且正在逐步成为一种趋势。经过了各方的互相协作和努力，燃料电池技术正日趋成熟。作为一项重要技术，从本质上讲，它是一种电化学的发电装置，等温地按电化学方式，直接将化学能转化为电能而不必经过热机过程，不受卡诺循环限制，因而能量转化效率高，且无噪音，无污染，因此正在成为理想的替代能源。1 燃料电池的演化过程1．1 燃料电池的演化过程燃料电池是一种新型的无污染、高效率汽车、游艇动力和发电设备，在本质上是一种能量转化装置。1839年，格罗夫发表了第一篇有关燃料电池研究的报告。1889年，蒙德和朗格尔采用了浸有电解质的多孔非传导材料为电池隔膜，一铂黑为电催化剂，以钻孔的铂或金片为电流收集器组装出燃料电池。但此后的一段时间里，奥斯卡尔德等人在探索燃料电池发电过程的实验都因为反映速度太慢而使实验没有成功。与此同时，热机研究却取得了突破性进展并成功运用而迅速发展。因此燃料电池技术在数十年内没能取得大的进展。直到1923年，由施密特提出了多孔气体扩散电极的概念，在此基础上，培根提出了双孔结构电池概念，并成功开发出中温度培根型碱性燃料电池。以此为基础，经过一系列发展，这项燃料电池技术得到了突飞猛进的发展。在20世纪60年代由普拉特一惠特尼公司研制出的燃料电池系统，并成功应用于宇航飞行，使得燃料电池进入了应用阶段。1．2 燃料电池的基本工作原理燃料电池是一种能量转化装置，它就是按电化学原理，即原电池工作原理，等温地把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，因而实际过程是氧化还原反应。从本质上说是水电解的一个“逆”装置。电解水过程中，通过外加电源将水电解，产生氢和氧；而在燃料电池中，则是氢和氧通过电化学反应生成水，并释放出电能。因此，燃料电池的基本结构与电解水装置是相类似的，它主要由4部分组成，即阳极、阴极、电解质和外部电路。其阳极为氢电极，阴极为氧电极。通常，阳极和阴极上都含有一定量的催化剂，目的是用来加速电极上发生的电化学反应。两极之间是电解质，电解质可分为碱性型、磷酸型、固体氧化物型、熔融碳酸盐型和质子交换膜型等类型。燃料电池的工作原理如下(以磷酸型或质子交换膜型为例)：(1)氢气通过管道或导气板到达阳极；(2)在阳极催化剂的作用下，1个氢分子解离为2个氢离子，即质子，并释放出2个电子；(3)在电池的另一端，氧气(或空气)通过管道或导气板到达阴极，同时，氢离子穿过电解质到达阴极，电子通过外电路也到达阴极；(4)在阴极催化剂的作用下，氧与氢离子和电子发生反应生成水；与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过适当连接可以向负载输出电能。1．3 燃料电池的特点由上所述可知，燃料电池在本质上是电化学转化装置，它能够通过电化学过程直接将化学能转化为电能和热能，因而具有如下优点：1)干净清洁。利于环保，可减少二氧化碳的排放；无噪音，并自给供水；2)高效。由于其转化过程没有经过热机过程，因此效率高。3)适用性。由于污染小，无噪音，可靠，可使用于终端用户，因而可减少各种损失，并节省设备投资。4)可调制性。由于它是组合的结构，因而可以调节，以满足需求。5)燃料多样性。由于燃料可以是氢气、天然气、煤气、沼气的功能碳氢化合物燃料。基于以上特点。燃料电池成为绿色能源技术发展的重点。成为本世纪最有发展前途的技术之一。2 国内外燃料电池的最新进展2．1 碱性燃料电池（AFC）AFC技术是第一代燃料电池技术，已经在20世纪60年代就成功地应用于航天飞行领域。它是最早开发的燃料电池技术。目前德国一家公司开发的AFC在潜艇动力实验上获得了成功。国内对AFC的研究工作是从20世纪60年代开始的，主要是集中在中科院的下属研究机构。武汉大学和中科院长春应化所在上世纪60年代中期即开始对AFC进行基础研究。上世纪70年代，由于航天工业的需求，天津电源研究所研制出lkW AFX2系统。与此同时，A型号(即以纯氢、纯氧为燃料和氧化剂)、B型号(即以N2H4分解气、空气氧为燃料和氧化剂)燃料电池系统也在中科院大连化物所研制成功。此外，其它的研究机构也都展开了对AFC的研究。2．2 磷酸型燃料电池（PAFC）PAFC也是第一代燃料电池技术，也是目前最为成熟的应用技术。已经进入了商业化应用和批量生产。目前美国、日本、欧洲各国已有100多台200KW 发电机组投入使用或在安装中，最长的已经运行了37000小时。因此已经证实了PAFC是高度可靠的电源。只是由于其成本太高，目前只能作为区域性电站来现场供电、供热。国内对PAFC的研究工作相对较少。尽管如此，在对PAFC的研究过程中仍进行了卓有成效的工作，取得了不俗成绩。如国内学者魏子栋等人在对氧化还原发应的电催化剂研究过程中发现了Fe、Co对Pt的锚定效应。2．3 熔融碳酸型燃料电池(MCF℃)MCFC是属于第二代燃料电池技术。目前对MCF℃ 的研究国家有美国、日本和西欧，主要是应用于设备发电，目前还处于试验阶段。美国对MCFC的研究单位有国际燃料电池公司和能源研究公司及M—C动力公司。而日本对MCFC的主要是NEIX)公司、电力公司、煤气公司和机电设备厂商组成的MCFC研究开发组。大坂工业技术研究所从1991年开始10kW的MCFC单电池的长期运行试验，到1995年l1月止，累计运行了4万小时，确证了MCFC实用化的可能。德国MTU宣布在MCFC技术方面取得了突破。由该公司开发出来的世界上最大的280kW 的单电池还在运行。国内对MCFC的研究是中科院大连化物所从1993年开始的。现在正处于组合电池的研究阶段。而经过多年的艰苦努力与创新突破，上海交通大学科研人员率先在国内成功进行了1～1．5l 的熔融碳酸型燃料电池(M ℃)发电实验，取得了在国外一些国家至少需要6年甚至10年左右时间才能获得的成果。参加项目评审的专家认为，它整体水平达到了当前国内领先水平、国际20世纪90年代初同类技术的先进水平。2．4 质子交换膜型燃料电池系统(PEMF℃)PEMFC是属于第三代燃料电池技术。20世纪60年代，美国就已将PEMFC应用于宇航飞行，但由于技术问题，使得在其发展过程中受到了影响。直到20世纪80年代，加拿大Ballad公司才展开对PEMFC的研究工作。并取得了突破性进展。目前开发出来的电池组合功率达到了1000W／L、700W／kg的指标，因此这一技术引起了各国的广泛关注。目前Ballad公司在这一技术领域处于领先地位。国内对PEMFC的研究是从20世纪70年代天津电源研究所展开一聚苯乙烯蟥酸膜为电解质的PEM—FC基础研究。但进展缓慢。而国外在这一领域发展较快。因此在90年代开展了PEMFC的跟踪研究。目前，在PEM 方面，国内技术在多个方面取得了突破，北京富原新技术开发总公司已出现了50W、75W、150W、5KW 等样机。而上海神力科技有限公司已研制出5KW，10KW 的大功率型质子交换墨燃料电池系统，这大大缩小了与世界先进水平的距离。
第一作者：焦龙博士 ；通讯作者：江海龙教授 通讯单位：中国科学技术大学
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在该工作中，我们构筑了一系列同构的卟啉基MOF材料，通过调变卟啉中心的金属物种，从而衍生得到了一系列含有不同金属物种（Fe, Co, Ni, Cu）的单原子催化剂材料，这些催化剂除了金属物种不同，金属负载量、配位环境、比表面积、孔尺寸等特性均保持一致，从而实现了有效的变量控制。在该模型体系构筑的基础上，我们研究了不同单原子材料电催化CO2还原性能， 其中单原子Ni催化剂（Ni1-N-C）表现出了最高的CO选择性，并且在CO2浓度降低至15%的含量时，最优的CO选择性依然可以超过80%，展示了单原子催化剂在实际CO2催化转化中巨大的应用前景。
单原子催化剂（SACs）在诸多反应中表现出了极大的优越性，并且已经成为了多相催化的前沿领域。通常情况下，SACs的催化性能不仅依赖于金属活性位点的本征活性，同时也会受到活性位周围的微环境以及载体的物理化学特性的调控。然而，由于不同金属物种的单原子催化剂合成方法的不同，得到的单原子催化剂除了金属物种外，许多理化特性例如单原子金属的负载量、孔结构等等都不尽相同。由于变量的复杂性，给对比不同单原子活性位的本征活性带来很大的挑战。单原子金属修饰N掺杂碳(M1-N-C)材料，作为重要的一类单原子催化剂，在电催化CO2还原反应(CO2RR)表现出的优异的性能。然而，文献报道的M1-N-C材料的碳载体往往表现出不同的特征(孔隙结构、表面积、形貌等)，使得即使相同的金属中心，M1-N-C的活性也会有较大的差异。有鉴于此，我们希望发展一种通用的单原子合成策略同时可以实现微环境和载体性质的严格控制，从而来判别单原子不同金属物种的活性位点的内在活性。
我们在调研单原子催化剂相关文献的过程中发现，例如在CO2电催化还原反应中，即使相同金属中心，不同文献中报道的催化活性有时候差异会非常大。我们发现这些催化剂的载体性质、金属载量、活性位微环境等通常差异较大，很难去对活性位的本征活性做出客观的评价。我们基于一种卟啉基的多变量MOF，MOF的卟啉配体中心金属种类可以任意调变而不影响MOF的拓扑结构和形貌，进一步借助MOF和它的衍生材料结构上的继承关系，可以严格控制MOF衍生不同单原子材料的理化性质，从而为对比不同金属中心的催化活性提供了良好的模型体系。
除了活性位点的识别，CO2利用的另一个关键问题是高能耗的CO2捕获和净化过程。具体来说，为了达到高选择性，目前报道的CO2RR通常在纯CO2中进行。然而，实际工业过程中可用的CO2原料的实际浓度相对较低，例如燃煤电厂和钢铁/石化行业排放的CO2气体浓度分别在5-15%和14-33%左右。考虑到CO2 中C=O键键能大约在 806 kJ/mol，热力学比较稳定性，活化较为困难。另外其在水溶液中有限的溶解度，低的CO2浓度会显著影响其催化转化的活性，为CO2的直接利用设置了很大的障碍。因此，开发高效的低压下二氧化碳直接转化电催化剂非常重要，但目前很少能实现。
Scheme 1. Illustration showing the general fabrication of single-atom M1-N-C catalysts based on MTV-MOFs for electrocatalytic CO2 reduction.
我们基于混合配体策略，通过改变金属卟啉配体中心金属的种类，构筑了一系列同构的卟啉MOF，通过衍生之后获得了一系列具有不同金属中心（Fe, Co, Ni, Cu）的碳基单原子催化剂材料 （Scheme 1）。卟啉中心金属的改变并未影响MOF的结构和形貌，借助于MOF前驱体和它的衍生材料结构上的继承性，获得的一系列单原子催化剂材料。除单原子金属种类之外，其他理化性质（形貌，成分，孔结构等）同样可以保持高度的一致，从而实现了变量的控制。
Figure 1. Electrochemical performances in pure CO2. a) LSV curves of Ni1-N-C in pure Ar- and CO2-saturated M KHCO3. b) FEs and c) TOFs of M1-N-C for CO in pure CO2-saturated M KHCO3. d) Tafel plots of M1-N-C for CO2RR. e) Durability test of Ni1-N-C at a constant potential of V vs RHE in pure CO2.
基于得到的一系列单原子催化剂材料，我们首先研究了他们在纯的CO2氛围下的电催化性能。通过实验可以发现，Ni1-N-C材料在众多单原子催化剂材料中，表现出了最高的CO选择性、TOF值以及Tafel斜率，并且具有良好的催化稳定性（Figure 1）。
Figure 2. DFT calculations. a) Reaction paths and b) Free energy diagrams of CO2 reduction to CO and c) The values of UL(CO2)-UL(H2) for all M1-N-C catalysts.
理论计算表明，在CO2电催化还原生成CO的多步基元反应中，Ni1-N-C相较于其他单原子催化剂，具有最为优化的COOH*形成和CO脱附的能垒，有效的促进了CO2的转化和产物的脱附，预示着其具有最高的CO2电催化还原的活性。另外，通过对比不同材料CO2还原和析氢反应的决速步电势差（UL(CO2)-UL(H2)），可以看出Ni1-N-C可以更有效的抑制析氢竞争反应，从而表现出最优的CO2还原的选择性 （Figure 2）。
Figure 3. Electrochemical performances of CO2 at low pressures. a) LSV curves and b) CO FE of Ni1-N-C in M KHCO3 saturated with 30% and 15% CO2. c) Durability tests of Ni1-N-C at constant potential of V under 30% CO2 concentration and V under 15% CO2 concentration, respectively.
鉴于在纯CO2中的实验结果和理论计算的结论，我们进一步 探索 了Ni1-N-C在低浓度的CO2还原反应的测试中的性能。可以看到，Ni1-N-C在30%和15%的CO2浓度下依然有明显的电流响应，进一步通过不同电位下的选择性测试可以看出，在15%的CO2浓度下其最优选择性依然可以超过80%，并表现出了良好的催化稳定性 （Figure 3）。
该工作基于同构的卟啉基MTV-MOFs，构建了一系列单原子催化剂 (M1-N-C, M = Fe, Co, Ni和Cu)，除单原子金属的种类不同之外，其孔结构和化学成分以及活性位微环境都保持一致，因而可以作为研究不同单原子金属物种本征活性差异的理想模型。在纯CO2条件下， Ni1-N-C表现出了最优的CO选择性。进一步，Ni1-N-C在更具有挑战性的低浓度CO2还原中，甚至可以在30%和15%的CO2浓度下保持其高的CO选择性，表明了Ni1-N-C在电催化CO2RR的独特优势。这项工作不仅提供了一种SACs的普适性合成方案，同时本文的结果展示了单原子催化剂在低浓度二氧化碳直接电催化转化方面的巨大潜力。
江海龙，中国科学技术大学教授、博士生导师、英国皇家化学会会士（FRSC），获得国家杰出青年基金资助，入选国家万人计划领军人才等。长期从事配位化学、材料化学和催化化学的交叉性研究工作，特别在基于金属有机框架（MOFs）的晶态多孔功能材料的设计、合成与催化功能 探索 等方面开展了系统的研究工作，并取得了一些重要的研究结果。已在国际重要SCI期刊上发表论文150余篇，其中以第一和通讯作者身份发表J. Am. Chem. Soc.（13篇），Angew. Chem.（12篇），Chem（3篇），Nat. Commun.（2篇），Adv. Mater.（6篇），Natl. Sci. Rev.（2篇），Acc. Chem. Res.（1篇），Chem. Soc. Rev.（2篇），Coord. Chem. Rev.（4篇）, Mater. Today（1篇）等高水平论文。论文被引用20,000次以上（H指数：71），有50篇论文入选ESI高被引论文（Highly Cited Papers, Top 1%）。在《Nanoporous Materials: Synthesis and Applications》中撰写书章一章。担任中国化学会晶体化学专业委员会委员、中国感光学会光催化专业委员会委员等；担任EnergyChem（Elsevier）、Materials（MDPI）、中国化学快报、化学学报、Scientific Reports（NPG）、无机化学学报、Sci（MDPI）等期刊编委和顾问委员会委员。主持国家杰出青年科学基金、重大科学研究计划课题、基金委面上基金、青年基金等科研项目。
主要研究方向 本课题组以配位化学为基础，致力于多孔金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）及其纳米复合材料与衍生材料的设计合成与功能应用研究。本课题组的研究属于交叉学科，内容涉及无机配位化学、晶体工程学、材料化学、纳米 科技 以及催化化学等多个领域。主要研究方向包括： (1)催化功能导向的稳定MOFs：设计、合成、修饰及催化性能研究； (2) MOFs基纳米复合材料：理性构筑及其催化功能 探索 ，特别是在有机反应多相催化及光、电催化中的应用研究； (3) CO2的选择性捕集与转化。
课题组主页：
探究燃烧条件的实验步骤如下：
燃烧的定义：燃烧通常是指可燃物与氧气发生的一种发光发热的剧烈的氧化反应。
广义的燃烧概念：任何发光放热的剧烈的化学反应。
探究过程：
1，假设与猜想
（1）物质是否可燃
（2）可能需要达到一定的温度
（3）可能与氧气（或空气）有关
2，实验过程
3，实验结论
（1）物质具有可燃性（关键因素）。
（2）可燃物与氧气接触（氧气具有助燃性）
（3）可燃物温度达到着火点（不同的可燃物具有不同的着火点，一种物质的着火点往往固定不变）。
以上三个条件缺一不可，其中物质具有可燃性是燃烧的内在本质因素，另外两个条件是外在因素。
可燃物、助燃物与点火源。燃烧是一种放热发光的化学反应，其反应过程极其复杂，游离基的链锁反应是燃烧反应的实质，光和热是燃烧过程中发生的物理现象。
可燃物与氧气或空气进行的快速放热和发光的氧化反应，并以火焰的形式出现。 煤、石油、天然气的燃烧是国民经济各个部门的主要热能 动力的来源。近世对能源需求的激增和航天技术的迅速 发展，促进了流体力学，化学反应动力学、传热传质学的 结合，使燃烧学科有了飞跃的发展;另一方面以消灭燃烧 为目的的防火技术的发展也促进了燃烧理论的研究。
一、说课背景2005年的8月是每个镇中人都会记住的日子，因为五峰县实验初中在我校挂牌成立了！县研训中心为扶持我校，来蹲点一个月，教研员向老师亲自指导我们进行校本教研，来提高教研水平和教学质量。在随堂听了苏老师的“对蜡烛及其燃烧的探究”一课后。评课时我们认为苏老师以实验探究的一般步骤为主线讲课，效果不是很好，苏老师在紧接着的第二节课中以如何进行观察和描述讲课，效果明显好于前一节课。为深入开展校本教研，向老师要求我也上同一课，看是否有所提高。现在我之所以有勇气参加说课比赛，是因为“学生自我参照性评价”的理念支持着我。我实践新课程仅仅一年，在各位老师的面前我是地地道道的学生，与一年前的我为参照进行比较，我的进步显著。今天在刘老师构建的“表现场”中展示自我，就是希望得到专家的指导和帮助。我说课的课题是“对蜡烛及其燃烧的探究”二、教材分析1.教材的地位及其作用人教版九年级上第一单元课题2“化学是一门以实验为基础的科学”。第一课时对“蜡烛及其燃烧的探究”是介绍在实验中如何观察、描述和记录，第二课时对“人体吸入的空气和呼出的气体的探究”是说明实验探究的方法。是两节典型的入门实验课。本节课的教材中设计了一个对比观察蜡烛点燃前、燃着时、熄灭后的步骤，让学生关注物质的变化过程及其现象，学会动态、辩证的看问题。并学会观察的具体内容（颜色、状态、气味、硬度、密度、熔点、沸点、发光、发热、新物质的产生等）。是一节如何实验的方法课，在整个教材占有极其重要的地位。本次课由于向老师的施压，有压力就有动力。我再次认真钻研了教材。有了两个大的收获：教材为什么安排探究蜡烛燃烧有CO2、H2O这些产物生成？苏老师可能没有很好的理解这个问题，才以介绍实验探究的一般步骤：提出问题→猜想假设→设计方案→实验验证→得出结论为主线讲课。本节课的重点是对实验现象的观察和描述。CO2 、H2O这些产物生成，就是一个用肉眼看不到的现象！怎样呈现出来？让我想到了“路遥知马力”、“疾风知劲草”古人这些哲理性诗句，想到了刘老师在暑假培训时讲到的如何给学生构建“表现场”。我们何不给CO2 、 H2O也构建一个“表现场”让它们也和冷却的烧杯、澄清石灰水较量一下，让同学们认识，记住。教材的设计真是妙不可言，只有深入探究的人，才能体会到“我探究、我成功、我快乐！我一定能行！”第二个问题是教材为什么安排点燃蜡烛熄灭后的白烟？这是学生经常看到的一个现象，对于为什么会有白烟我们不一定有过深入思考， 我认为这可以让学生观察蜡烛三态的循环变化来深入探究蜡烛的燃烧。让学生思考蜡烛的液体为什么会上升？是蜡蒸气还是液态蜡在燃烧？为什么白烟中有蜡固体？其实蜡烛燃烧到吹灭产生手烟，先是固体→ 液体→ 气体→ 固体。学生通过一系列的观察和实验证明，有利于学生掌握动态的对比观察方法。我开始认为还有利于对蜡烛的熔点、沸点的感知和观察。后来一位物理老师提醒我，蜡烛是非晶体，没有固定的熔点、沸点。又纠正了我的一个知识性错误。2、教学目标（1）、知识与技能：①学习蜡烛及其燃烧的探究②初步培养学生观察实验、表述实验现象的能力。（2）过程与方法：通过教师提出课题，而后进行师生讨论、确定方案，学生分组实验探究，最后总结交流，填写实验报告，掌握系统观察的内容与方法。（3）情感与价值观：①通过对蜡烛及其燃烧的探究，激发学生学习化学的兴趣。②通过探究，使学生体会发现的乐趣和成功的喜悦。③通过学生分组实验使学生认识到实验是学习化学的重要途径，并培养同学之间的合作能力。3、教学重难点教学重点：培养学生对实验现象的观察、记录和描述能力激发学生对探究实验的兴趣；教学难点：训练学生主动发现实验现象；准确表述实验现象。三、 教法分析由于苏老师上课时，男学生操作差，仪器损坏多，女生的注意力不能集中在思考中，甚至不敢动手。前车之鉴，后事之师。我是先上课题3“走进化学实验室”，让学生学会基本仪器的使用和药品的取用规则再学习两种基本的实验方法。顺其自然，水到渠成。咬住观察的方法这一中心不放松，开始让学生盲目观察，品尝失败，教师再引导学生用对比观察法，注重观察内容，进行系统的探究实验。真切的感受到点石成金的学习方法比死记硬背的书本知识更重要。始终坚持探究式教学法。无论是蜡烛的密度、溶解性，让学生把蜡烛放到水中观察得出结论，还是蜡蒸气还是液态蜡在燃烧？让学生用玻璃管吹蜡烛火焰，点燃火柴等物体来证明。本课题教学主要采用主动探究、合作学习、讨论交流的方式展开，开放式教学，培养学生的学习习惯和学习方法。充分尊重学生的主体地位，积极发挥教师的主导作用。学生要分层次对待，讲解和提问要考虑到中下层学生的基础，多给他们思考的时间、动手的机会、回答问题的次数。在分组实验中让好生给于合作式的帮助。让他们尽可能的参与到探究活动中来。使学生体会发现的乐趣和成功的喜悦，激发学生学习化学的兴趣，把“自我参照性评价”运用到教学的每一个环节中，随时随地的进行反思。大量运用激励性评价语言，开好“高帽子”公司，创设一种学生努力思考、积极动手，知无不言，言无不尽的和谐教学氛围。充分肯定学生成功的地方，即使学生错了，也表扬学生大胆，具有代表性，错的也很有价值。并在教学的最后小结中引导学生对学习的全过程进行自我参照性评价，从三维教学目标的三方面进行反思，谈体会、谈收获。从而进行对学生身心无毒无害的绿色评价。四、学法指导上课时首先让学生回忆蜡烛燃烧时的现象，学生回答的不完整、不系统，给学生讲明白科学观察法的重要性，激发学生的求知欲。教师马上讲解对比观察法以及观察的内容，教师再和学生一起观察蜡烛点燃前的颜色、状态、气味、硬度、密度等项目，现时通过教师的示范作用，规范学生的观察方法。再放手让学生观察蜡烛燃烧时、熄灭后的现象。在实验过程中要指导学生注意仪器的使用和药品的取用。确保操作正确，实验成功。学生在探究蜡烛燃烧时是否有CO2、H2O生成时，不教给学生完整的探究方法，但要引导学生回忆CO2、H2O的有关性质，设计一个有明显现象的实验证明CO2、H2O的存在。让学生重视探究步骤中的设计与实验证明。即使是蜡烛的密度，不要求学生精确测量，只要求与水比较大小，把蜡烛放到水中证明。白烟的点燃，强调要求与方法，注意多鼓励学生。学生自我评价时不会太勇跃，应从方法上加以指导，引导学生从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三方面谈体会、谈收获，反思自己提出问题由否积极？设计的实验方案合理吗？基本实验操作规范吗？分析问题思路是否清晰？掌握了观察实验现象的基本方法吗？对学好化学有信心吗？等问题。为以后开展“自我参照性评价”奠定良好的基础。五、教学过程教师活动学生活动设计意图【新课引入】化学实验是研究物质的重要手段。同学们，你做过蜡烛燃烧这个实验吗？你仔细观察过蜡烛吗？学生粗略回答。 思考为什么回答的不理想？从学生熟悉的事物入手,激发学生对探究实验的兴趣. 【讲授新课】 1、教师讲解观察的方法与内容 引导学生观察蜡烛点燃前的现象：（颜色、状态、气味、硬度、密度、熔点、沸点）倾听、理解 验证密谋时，学生把蜡烛放到水中验证 进行观察方法的学法指导2、 学生实验观察燃着时现象 再交流讨论 3、 难点探究：如何间接观察 火焰分层，生成水、二氧化碳，是液体还是气体在燃烧。学生分组实验（三人一组）： 共同合作：设计后再实验，一边实验，一边记录。 通过实验，培养学生的观察能力和对实验现象的表达能力。 通过学生分组实验，培养学生的合作精神。4、熄灭后的观察观察现象： 而后点燃蜡烛刚熄灭的白烟 （如果实验不成功，学生可以多实验几次）通过实验，培养学生对科学不断追求的精神。 教师提示：还有什么有关蜡烛的实验吗？学生可以进行设计实验。扩展学生探究的空间【学生自我评价】 学生从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三方面谈体会、谈收获 填写实验报告。学会“自我参照性评价”的基本方法。板书设计： 课题2 化学是一门以实验为基础的科学 一、 对蜡烛及其燃烧的探究 观察内容：颜色、状态、气味、硬度、密度、熔点、沸点…… 观察方法：对比六、教学评价上完课评课时，向老师说：1、用玻璃管吹蜡烛火焰是一个亮点，因为教师一般是用玻璃管导出气体点燃，吹火焰时学生观察到火焰横向伸长，并点燃火柴，学生很容易理解是气体在燃烧。其实这是我自己也没有想到的，开始准备实验时，由于导出气体点燃的效果不明显，我想到我小时候这样玩过。所以改进了这个实验。2、教师思维清晰，学生探究活动充分。3、过渡性语言还需锤炼。4、应进一步点明化学与生活的关系，激发学生从生活中学习化学的兴趣。苏老师评课说：1、自己急于把实验探究的步骤与方法，没有考滤学生的基础，应从教会学生观察入手，循序渐进的进行探究。2、黑烟是否需要探究？在教这一知识时应渗透环保意识。学生评价：学生反应的问题是观察水的生成现象不明显，很多同学没有看到水珠。上完课后，我也反复做了该实验，发现有少量水珠生成，由于同时有大量的热量产生，水珠转眼又蒸发了。我们教研组几位老师也开动脑筋，反复用粗玻璃管、大试管、带支管的大试管做对比实验，找到了最佳仪器，就是带支管的大试管。由于它较长，又有支管散热，让水蒸气充分冷却，出现了大量的水珠。解决了夏天观察这一现象的难题。让我深深的感受到了校本教研的魅力。自我评价：1、本节课讲了密度、二氧化碳、水、蜡蒸气等知识点的探究，对于刚做实验的学生起点是否太高。2、学生的组织纪律不太好。如何让学生以极大的热情，有条不紊的积极参加实验探究，是一个值得在今后教学中深入探究的问题。3、在本次校本教研活动中，通过专家引领，同伴互助和自我反思，与去年教学相比，在教材的理解上，教学方法上都有了长足的进步。增强了自己和学生自我参照性评价的意识。 4、过渡性语言还需进一步锤炼，我习惯于顺着学生的思路讲解，最终引到自己的备课上来，过渡的不确定性因素太多，应加强教学设计，不断完善我的教学。
燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策 1 总则 1．1 我国目前燃煤二氧化硫排放量占二氧化硫排放总量的90％ 以上，为推动能源合理利用、 经济结构调整和产业升级，控制燃煤造成的二氧化硫大量排放，遏制酸沉降污染恶化趋势，防 治城市空气污染，根据《中华人民共和国大气污染防治法》以及《国民经济和社会发展第十个五 年计划纲要》的有关要求，并结合相关法规、政策和标准，制定本技术政策。 1．2 本技术政策是为实现2005年全国二氧化硫排放量在2000年基础上削减10％ ，“两控 区”二氧化硫排放量减少20％，改善城市环境空气质量的控制目标提供技术支持和导向。 1．3 本技术政策适用于煤炭开采和加工、煤炭燃烧、烟气脱硫设施建设和相关技术装备的开 发应用，并作为企业建设和政府主管部门管理的技术依据。 1．4 本技术政策控制的主要污染源是燃煤电厂锅炉、工业锅炉和窑炉以及对局地环境污染有 显著影响的其他燃煤设施。重点区域是“两控区”，及对“两控区”酸雨的产生有较大影响的周 边省、市和地区。 1．5 本技术政策的总原则是：推行节约并合理使用能源、提高煤炭质量、高效低污染燃烧以及 末端治理相结合的综合防治措施，根据技术的经济可行性，严格二氧化硫排放污染控制要求， 减少二氧化硫排放。 1．6 本技术政策的技术路线是：电厂锅炉、大型工业锅炉和窑炉使用中、高硫份燃煤的，应安 装烟气脱硫设施；中小型工业锅炉和炉窑，应优先使用优质低硫煤、洗选煤等低污染燃料或其 它清洁能源；城市民用炉灶鼓励使用电、燃气等清洁能源或固硫型煤替代原煤散烧。 2 能源合理利用 2．1 鼓励可再生能源和清洁能源的开发利用，逐步改善和优化能源结构。 2．2 通过产业和产品结构调整，逐步淘汰落后工艺和产品，关闭或改造布局不合理、污染严重 的小企业；鼓励工业企业进行节能技术改造，采用先进洁净煤技术，提高能源利用效率。 2．3 逐步提高城市用电、燃气等清洁能源比例，清洁能源应优先供应民用燃烧设施和小型工 业燃烧设施。 2．4 城镇应统筹规划，多种方式解决热源，鼓励发展地热、电热膜供暖等采暖方式；城市市区 应发展集中供热和以热定电的热电联产，替代热网区内的分散小锅炉；热网区外和未进行集中 供热的城市地区，不应新建产热量在2．8 MW 以下的燃煤锅炉。 2．5 城镇民用炊事炉灶、茶浴炉以及产热量在O．7 MW 以下采暖炉应禁止燃用原煤，提倡使 用电、燃气等清洁能源或固硫型煤等低污染燃料，并应同时配套高效炉具。 2．6 逐步提高煤炭转化为电力的比例，鼓励建设坑口电厂并配套高效脱硫设施，变输煤为 输电。 2．7 到2003年，基本关停50 MW 以下(含50 MW)的常规燃煤机组；到2010年，逐步淘汰不 能满足环保要求的100 MW 以下的燃煤发电机组(综合利用电厂除外)，提高火力发电的煤炭 使用效率。 3 煤炭生产、加工和供应 3．1 各地不得新建煤层含硫份大于3％的。矿井。对现有硫份大于3％的高硫小煤矿，应予关闭。对现有硫份大于3％ 的高硫大煤矿，近期实行限产，到2005年仍未采取有效降硫措施、或 无法定点供应安装有脱硫设施并达到污染物排放标准的用户的，应予关闭。 3．2 除定点供应安装有脱硫设施并达到国家污染物排放标准的用户外，对新建硫份大于1．5 ％的煤矿，应配套建设煤炭洗选设施。对现有硫份大于2％ 的煤矿，应补建配套煤炭洗选 设施。 3．3 现有选煤厂应充分利用其洗选煤能力，加大动力煤的人洗量。 3．4 鼓励对现有高硫煤选煤厂进行技术改造，提高选煤除硫率。 3．5 鼓励选煤厂根据洗选煤特性采用先进洗选技术和装备，提高选煤除硫率。 3．6 鼓励煤炭气化、液化，鼓励发展先进煤气化技术用于城市民用煤气和工业燃气。 3．7 煤炭供应应符合当地县级以上人民政府对煤炭含硫量的要求。鼓励通过加入固硫剂等 措施降低二氧化硫的排放。 3．8 低硫煤和洗后动力煤，应优先供应给中小型燃煤设施。 4 煤炭燃烧 4．1 国务院划定的大气污染防治重点城市人民政府按照国家环保总局《关于划分高污染燃料 的规定>，划定禁止销售、使用高污染燃料区域(简称“禁燃区”)，在该区域内停止燃用高污染燃 料，改用天然气、液化石油气、电或其他清洁能源。 4．2 在城市及其附近地区电、燃气尚未普及的情况下，小型工业锅炉、民用炉灶和采暖小煤炉 应优先采用固硫型煤，禁止原煤散烧。 4．3 民用型煤推广以无烟煤为原料的下点火固硫蜂窝煤技术，在特殊地区可应用以烟煤、褐 煤为原料的上点火固硫蜂窝煤技术。 4．4 在城市和其它煤炭调入地区的工业锅炉鼓励采用集中配煤炉前成型技术或集中配煤集 中成型技术，并通过耐高温固硫剂达到固硫目的。 4．5 鼓励研究解决固硫型煤燃烧中出现的着火延迟、燃烧强度降低和高温固硫效率低的技术 问题。 4．6 城市市区的工业锅炉更新或改造时应优先采用高效层燃锅炉，产热量7 MW 的热效率 应在80％以上，产热量<7 MW 的热效率应在75％以上。 4．7 使用流化床锅炉时，应添加石灰石等固硫剂，固硫率应满足排放标准要求。 4．8 鼓励研究开发基于煤气化技术的燃气一蒸汽联合循环发电等洁净煤技术。 5 烟气脱硫 5．1 电厂锅炉 5．1．1 燃用中、高硫煤的电厂锅炉必须配套安装烟气脱硫设施进行脱硫。 5．1．2 电厂锅炉采用烟气脱硫设施的适用范围是： 1)新、扩、改建燃煤电厂，应在建厂同时配套建设烟气脱硫设施，实现达标排放，并满足 SO2排放总量控制要求，烟气脱硫设施应在主机投运同时投入使用。 2)已建的火电机组，若So2排放未达排放标准或未达到排放总量许可要求、剩余寿命(按 照设计寿命计算)大于1O年(包括l0年)的，应补建烟气脱硫设施，实现达标排放，并满足8o2 排放总量控制要求。 3)已建的火电机组，若S 排放未达排放标准或禾达到排放总量许可要求、剩余寿命(按 照设计寿命计算)低于10年的，可采取低硫煤替代或其它具有同样SO2减排效果的措施，实现 达标排放，并满足So2排放总量控制要求。否则，应提前退役停运。 4)超期服役的火电机组，若SO2排放未达排放标准或未达到排放总量许可要求，应予以淘汰。 5．1．3 电厂锅炉烟气脱硫的技术路线是： 1)燃用含硫量2％煤的机组、或大容量机组(200 MW)的电厂锅炉建设烟气脱硫设施时， 宜优先考虑采用湿式石灰石一石膏法工艺，脱硫率应保证在90％以上，投运率应保证在电厂 正常发电时间的95％以上。 2)燃用含硫量<2％煤的中小电厂锅炉(<200 MW)，或是剩余寿命低于10年的老机组 建设烟气脱硫设施时，在保证达标排放，并满足SO2排放总量控制要求的前提下，宜优先采用 半干法、干法或其它费用较低的成熟技术，脱硫率应保证在75％以上，投运率应保证在电厂正 常发电时间的95％以上。 5．1．4 火电机组烟气排放应配备二氧化硫和烟尘等污染物在线连续监测装置，并与环保行政 主管部门的管理信息系统联网。 5．1．5 在引进国外先进烟气脱硫装备的基础上，应同时掌握其设计、制造和运行技术，各地应 积极扶持烟气脱硫的示范工程。 5．1．6 应培育和扶持国内有实力的脱硫工程公司和脱硫服务公司，逐步提高其工程总承包能 力，规范脱硫工程建设和脱硫设备的生产和供应。 5．2 工业锅炉和窑炉 5．2．1 中小型燃煤工业锅炉(产热量<14 MW )提倡使用工业型煤、低硫煤和洗选煤。对配 备湿法除尘的，可优先采用如下的湿式除尘脱硫一体化工艺： 1)燃中低硫煤锅炉，可采用利用锅炉自排碱性废水或企业自排碱性废液的除尘脱硫工艺； 2)燃中高硫煤锅炉，可采用双碱法工艺。 5．2．2 大中型燃煤工业锅炉(产热量14 MW)可根据具体条件采用低硫煤替代、循环流化床 锅炉改造(加固硫剂)或采用烟气脱硫技术。 5．2．3 应逐步淘汰敞开式炉窑，炉窑可采用改变燃料、低硫煤替代、洗选煤或根据具体条件采 用烟气脱硫技术。 5．2．4 大中型燃煤工业锅炉和窑炉应逐步安装二氧化硫和烟尘在线监测装置。 5．3 采用烟气脱硫设施时，技术选用应考虑以下主要原则： 5．3．1 脱硫设备的寿命在15年以上； 5．3．2 脱硫设备有主要工艺参数(pH值、液气比和SO2出口浓度)的自控装置； 5．3．3 脱硫产物应稳定化或经适当处理，没有二次释放二氧化硫的风险； 5．3．4 脱硫产物和外排液无二次污染且能安全处置； 5．3．5 投资和运行费用适中； 5．3．6 脱硫设备可保证连续运行，在北方地区的应保证冬天可正常使用。 5．4 脱硫技术研究开发 5．4．1 鼓励研究开发适合当地资源条件、并能回收硫资源的技术。 5．4．2 鼓励研究开发对烟气进行同时脱硫脱氮的技术。 5．4．3 鼓励研究开发脱硫副产品处理、处置及资源化技术和装备。 6 二次污染防治 6．1选煤厂洗煤水应采用闭路循环，煤泥水经二次浓缩，絮凝沉淀处理，循环使用。 6．2 选煤厂的洗矸和尾矸应综合利用，供锅炉集中燃烧并高效脱硫，回收硫铁矿等有用组份， 废弃时应用土覆盖，并植被保护。 6．3 型煤加工时，不得使用有毒有害的助燃或固硫添加剂。 6．4 建设烟气脱硫装置时，应同时考虑副产品的回收和综合利用，减少废弃物的产生量和排 放量。 6．5 不能回收利用的脱硫副产品禁止直接堆放，应集中进行安全填埋处置，并达到相应的填 埋污染控制标准。 6．6 烟气脱硫中的脱硫液应采用闭路循环，减少外排；脱硫副产品过滤、增稠和脱水过程中产 生的工艺水应循环使用。 6．7 烟气脱硫外排液排人海水或其它水体时，脱硫液应经无害化处理，并须达到相应污染控 制标准要求，应加强对重金属元素的监测和控制，不得对海域或水体生态环境造成有害影响。 6．8 烟气脱硫后的排烟应避免温度过低对周边环境造成不利影响。 6．9 烟气脱硫副产品用作化肥时其成份指标应达到国家、行业相应的肥料等级标准，并不得 对农田生态产生有害影响。
燃烧是一种同时伴有放热和发光效应的激烈的化学反应。放热、发光、生成新物质（如木料燃烧后生成二氧化碳和水份并剩下碳和灰）是燃烧现象的三个特征。燃烧是一种氧化反应，其中氧气是最常见的氧化剂，但氧化剂并不限于氧气，氧化并不限于同氧的化合。 燃料燃烧放出的热量，至今仍是人们的主要能量来源，其目的不是制备生成物，而是获得能量。研究燃料充分燃烧的条件与方法不仅对节约能源、提高燃料的利用率至关重要，而且，对减少因不完全燃烧产生的CO等有害气体、烟尘等对空气的污染，也具有重要意义。一般说来，燃料在空气中的燃烧，是燃料和空气中氧气的氧化还原反应。为使燃料充分氧化，应保证有足够的空气。同时，为保证固体和液体燃料燃烧充分，增大燃料与空气的接触面（固体燃料粉碎、液体燃料以雾状喷出等）也是有效的措施。 燃烧的条件：1.可燃物（不论固体，液体和气体，凡能与空气中氧或其它氧化剂起剧烈反应的物质，一般都是可燃物质，如木材，纸张，汽油，酒精，煤气等）2.充足的氧气 3.达到物质的着火点 灭火的基本原理及方法：燃烧必须同时具备三个条件，采取措施以至少破坏其中一个条件则可达到扑灭火灾的目的.，灭火的基本方法有三个：（1）冷 却法： 将燃烧物质降温扑灭，如木材着火用水扑灭；（2）窒息法：将助燃物质稀释窒息到不能燃烧反应，如用氮气、二氧化碳 等惰性气体灭火。（3）隔离法：切断可燃气体来源，移走可燃物质，施放阻燃剂，切断阻燃物质，如油类着火用泡沫灭火机。 当今世界常用燃料：煤、石油和天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料，又是化学工业中极为重要的原料，它们又细分为（1）固体燃料：木柴、烟 煤、揭煤、无烟煤、木炭、焦炭、煤粉等；（2）液体燃料；汽油、煤油、柴油、重油等；（3）气体燃料：天然气、人工煤气、液 化石油气等 清洁燃料：液氨、酒精、液氢（最清洁的燃料，燃烧产物是水）、甲醇等 海洋资源的开发利用与海洋环境 海洋资源类型 海洋中有丰富的资源。在当今全球粮食、资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出的情况下，开发利用海洋中丰富的资源，已是历史发展的必然趋势。目前，人类开发利用的海洋资源，主要有海洋化学资源、海洋生物资源、海底矿产资源和海洋能源四类。 海水可以直接作为工业冷却水源，也是取之不尽的淡化水源。发展海水淡化技术，向海洋要淡水，是解决世界淡水不足问题的重要途径之一。 海水中已发现的化学元素有80多种。目前，海洋化学资源开发达到工业规模的有食盐、镁、溴、淡水等。随着科学技术的发展，丰富的海洋化学资源，将广泛地造福于人类。 海洋中有20多万种生物，其中动物18万种，包括16000多种鱼类。在远古时代，人类就已开始捕捞和采集海产品。现在，人类的海洋捕捞活动已从近海扩展到世界各个海域。渔具、渔船、探鱼技术的改进，大大提高了人类的海洋捕捞能力。海洋中由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。 在大陆架浅海海底，埋藏着丰富的石油、天然气以及煤、硫、磷等矿产资源。在近岸带的滨海砂矿中，富集着砂、贝壳等建筑材料和金属矿产。在多数海盆中，广泛分布着深海锰结核，它们是未来可利用的潜力最大的金属矿产资源(图《深海锰结核》)。 海水运动中蕴藏着巨大的能量，它们属于可再生能源，而且没有污染。但是，这些能量密度很小，要开发利用它们，必须采用特殊的能量转换装置。现在，具有商业开发价值的是潮汐发电和波浪发电，但是工程投资较大，效益也不高。 海洋渔业生产 海洋渔业资源主要集中在沿海大陆架海域，也就是从海岸延伸到水下大约200米深的大陆海底部分。这里阳光集中，生物光合作用强，入海河流带来丰富的营养盐类，因而浮游生物繁盛（图3．15《大陆架剖面示意》）。这些浮游生物是鱼类的饵料，它们在海洋中分布很不均匀，一般在温带海区比较多。 温带地区季节变化显著，冬季表层海水和底部海水发生交换时，上泛的底部海水含有丰富的营养盐类，这些营养盐类来自海洋中腐烂的生物遗体。暖流和寒流交汇处或有冷海水上泛的地方，饵料比较丰富。这些地方通常是渔场所在地（图3．16《世界主要渔业地区的分布》）。因此，尽管大陆架水域只占海洋总面积的7．5％，渔获量却占世界海洋总渔获量的90％以上。 世界主要渔业国都分布在温带地区，这些温带国家鱼产品消费量高，市场需求大。中国和日本是世界海洋渔获量较多的国家。中国在充分利用近海渔场（图3．17《舟山渔场的沈家门渔港》）和浅海滩涂大力发展海洋捕捞和海水增养殖业的同时，远洋捕捞也获得了较大的发展。日本可耕地有限，人口密度高，因此海洋水产品在食品结构中比重较大。 海洋油、气开发 海底油气的开发，开始于20世纪初。它的发展经历了从近海到远海、从浅海到深海的过程。受技术条件的限制，最初只能开采从海岸直接向浅海延伸的油气矿藏。80年代以来，在能源危机和技术进步的刺激下，近海石油勘探与开发飞速发展，海洋石油开发迅速向大陆架挺进，逐渐形成了崭新的近海石油工业部门。 地质学家和地球物理学家通常利用地震波方法来寻找海底油气矿藏，然后通过海上钻井来估计矿藏类型与分布，分析是否具有商业开发价值。 海上钻井平台（图3．18《海上钻井平台》）是实施海底油气勘探和开采的工作基地，它标志着海底油气开发技术的水平。工作人员和物资在平台和陆地间的运输一般通过直升机完成。油气田离炼油厂一般都较远，油气要经过装油站通过船舶运到目的地，或直接由海底管道输送至海岸。 海底石油和天然气的勘探、开采是一项高投资、高技术难度、高风险的工程，国际合作和工程招标是可行方式之一。 海洋空间利用 世界人口迅速增长，使陆地空间显得越来越拥挤，海洋空间的开发利用问题越来越令人关注。海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分，随着人类逐步向海洋挺进，海洋将成为人类活动的广阔空间（图3．19未来海洋空间利用示意）。 海洋环境不同于陆地，它的环境和生态条件有其复杂性和特殊性。人类活动在近海和海洋表面，要抗御多变的海洋气象状况和海水的运动；深海活动要能适应黑暗、高压、低温、缺氧的环境；海水的腐蚀性强，海冰的破坏性大，对工程设备材料和结构有严格的要求。因此，海洋空间资源开发对科学技术和资金投入的依赖性大、技术难度高、风险大。 海洋空间利用已从传统的交通运输，扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。交通运输方面包括海港码头、海上船舶、航海运河、海底隧道、海上桥梁、海上机场、海底管道等。生产空间有海上电站、工业人工岛、海上石油城、围海造地、海洋牧场等。通信和电力输送空间主要是海底电缆。储藏空间方面，有海底货场、海底仓库、海上油库、海洋废物处理场等。文化娱乐设施空间包括海洋公园、海滨浴场和海上运动区等。 海洋运输和港口建设 海洋曾经是人类从事交通运输的天然屏障。长期以来，人类一直在努力将海洋屏障变为海上坦途。最初，人们利用人力、风力或洋流作为动力，驾驶木船在近海活动。随着欧洲人到达美洲大陆，世界海洋航运由近海转向远洋。之后，世界大洋重要的航道陆续开辟。20世纪初，开辟了通往南极和北极的航道，巴拿马运河和苏伊士运河相继开通。现在，人类已经能够将船舶驶人世界任何海域（图3．20世界主要海运路线）。 20世纪60年代，世界石油生产和运输增长，大型油轮得到发展。集装箱船的兴起，带来了海洋货物运输的革命。今天，穿梭在辽阔海洋上的是百万吨级的大型集装箱货轮和巨型油轮。这些船舶不仅拥有无线电导航和全球定位技术等现代化仪器设备，还可以选择最佳航线服务，以节省能源和航时，减少危险。 沿海港口是海洋运输船舶停泊、中转和装卸货物的场所，也是人们开发利用海洋空间的主要场所。港口一般有一个服务区域，即腹地，该区域的商品和货物通过这个港口向外扩散。为了完成运输任务，港口要有配套的设施，如码头、装卸设备等，还要有高效率的运作服务。在港口发展过程中，受内外因素的影响，港口的规模、服务功能和范围可能有所变化。例如，某些国家的政府为吸引船舶来本国港口中转，对港口实行特殊政策，将港口辟为自由贸易区、自由港等，不需或很少缴纳费用。 荷兰的鹿特丹很早就是世界贸易的中心。之后，鹿特丹港又通过开凿连通北海的运河，改善水运条件而持续发展。鹿特丹利用中转散装货物的机能，发展了农、矿产品加工业和造船工业（图3．21鹿特丹港口的土地利用）。中继贸易也带动了腹地近代工业的迅速发展。第二次世界大战以后，西欧各国经济复兴，鹿特丹成为欧洲联盟的大门，港湾和航空设施得到完善，港口的中转机能更加突出。现在，鹿特丹是世界最大的港口之一，腹地覆盖了欧盟的半数国家。 围海造陆 沿海地区人地矛盾激化，使人们将眼光投向大海。荷兰人从13世纪就开始围海造陆，目前，荷兰有 1／5的国土是从海中围起来的。围海造陆是缓解人多地少矛盾的重要途径，但是它需要经过充分的科学论证，特别是做好以水利工程为中心的配套建设。 在近岸浅海水域用砂石、泥土和废料建造陆地，通过海堤、栈桥或者海底隧道与海岸连接，这种新建陆地称为人工岛。世界上一些沿海发达国家如日本、美国、法国、荷兰等都已建造了人工岛。其中以海上城市（图3．22日本神户人工岛）的规模最大、功能最齐全。兴建海上城市，工程和费用巨大，需要以强大的国力作基础。 澳门人多地少，有限的土地不足以满足发展居住、绿化、交通、工业、商业等的建设需要。澳门沿岸有许多淤积成的浅滩，有的在落潮时能露出水面，澳门人将它们视为良好的后备土地资源。 100多年来，澳门人利用填海造陆的办法使土地面积扩大了1倍（表3．2澳门历年土地面积的变化和图3．23澳门历年填海范围）。 海洋环境保护 海洋环境问题包括两个方面：一是海洋污染，即污染物进入海洋，超过海洋的自净能力；二是海洋生态破坏，即在各种人为因素和自然因素的影响下，海洋生态环境遭到破坏。 （一）海洋污染 海洋污染物绝大部分于陆地上的生产过程。海岸活动，例如倾倒废物和港口工程建设等，也向沿岸海域排入污染物。污染物进入海洋，污染海洋环境，危害海洋生物，甚至危及人类的健康。 工业生产过程中排出的废弃物是海洋污染物的主要来源，它们集中在大型港口和工业城市附近。1953－1970年，日本九州岛水俣湾发生的汞污染事件，就是因为工厂在生产有机产品过程中，排出含汞废物。这些有害物质流入海洋后，逐渐在鱼和贝类体内富集。最后导致100多人严重中毒，并先后死亡。 核电站和工厂排出的冷却水，水温较高，流入河口或海中时，往往给海洋生物带来影响。施入农田的杀虫剂随雨水流进河流，或者随土壤颗粒在河口附近淤积，最终进入海洋。偶发性的海上石油平台和油轮事故，引起石油渗漏和溢出，造成海洋污染。 （二）海洋生态破坏 除海洋污染外，人类的生产活动，例如工程建设和渔业生（围垦和滥捕等），以及自然环境的变化，例如全球变暖和海平面上升，都会使海洋生态环境遭到破坏和改变。人类对某些海洋生物的过度捕捞，导致海洋生物资源数量减少，质量降低，也使部分物种濒临灭绝。有些海岸工程建设和围海造田缺乏科学论证，破坏了海岸环境和海岸带生态系统。目前，海洋开发活动还缺乏综合的、长远的规划、综合效益比较差。 石油污染和监测防治 沿海工业生产和海运航线上的船舶，是石油污染的主要来源。因此，石油污染区域集中于沿海水域和海上航道沿线。由意外事故造成的石油泄漏，因为污染迹象明显，污染物集中，危害严重，因而倍受公众的关注，也是目前治理污染的重点。 为减少意外事故的发生，很多国家在试验新的原油装载方法。有些国家配备了除污船，用来清除港口水面垃圾和污油。 海洋权益和《联合国海洋法公约》 20世纪60年代以来，出现了世界性的开发海洋热潮。海洋科学和技术迅猛发展，成为当代新技术革命的重要领域之一。为适应国际海洋开发、保护和管理的新形势，国际社会经过20多年的努力，通过了《联合国海洋法公约》，并于1994年11月16日正式生效。海洋法公约的诞生，使国际海洋法律制度发生了重大变革。例如，长期争执不休的领海宽度问题得到了解决；国际海底及其资源确立为人类的共同继承财产。 根据《联合国海洋法公约》，全球144个沿海国家除拥有12海里领海权外，其管辖海域面积可外延到200海里，作为该国的专属经济区，享有勘探、开发、利用、保护、管理海床上覆水域及底土自然资源的主权。我国管辖海域面积为473万平方千米，约相当于我国陆地面积的二分之一，因此，加强海洋综合管理显得日益重要。 《联合国海洋法公约》的诞生，为建立国际法律新秩序迈出了重要一步。但是，因为《联合国海洋法公约》要兼顾各个国家的利益和要求，还有许多不完善和不明确之处。因此，在实施过程中，必然会产生一些新的矛盾和问题。例如，在封闭和半封闭的海域，周边国家主张的200海里专属经济区就有可能存在着重叠，还有一些岛屿主权争议和渔业资源分配等问题，这些都有可能成为相邻国家关系紧张，甚至引发国际冲突的新的因素。因此，相邻国家间管辖海域划界和海洋权益，要求有关国家本着友好协商的精神，予以公平合理的解决。 海水化学资源概况 海洋化学资源是指海水中所蕴含的可供人类利用的各种化学元素。海水的成分非常复杂，全球海洋的含盐量就达5亿亿吨，还含有大量非常稀有的元素，如金达500万吨，铀达42亿吨，所以海洋是地球上最大的矿产资源库。海洋资源的持续利用是人类生存发展的重要前提，目前，全世界每年从海洋中提取淡水20多亿吨、食盐5000万吨、镁及氧化镁260多万吨、溴20万吨，总产值达6亿多美元。水是生命之源，世界上缺水的地区愈来愈多，海水淡化已成为获得淡水资源重要的途径，所有这些都是海洋化学要研究的。 海洋生物资源 1、海洋生物资源量估计。海洋是生物资源宝库。据生物学家统计，海洋中约有20万种生物，其中已知鱼类约万种，甲壳类约2万种。许多海洋生物具有开发利用价值，为人类提供了丰富食物和其他资源。世界海洋浮游植物产量5000亿吨，折合成鱼类年生产量约6亿吨。假如以50%的资源量为可捕量，则世界海洋中鱼类可捕量约3亿吨。 2、海洋生物资源开发状况。开发海洋生物资源的主要产业是海洋渔业，另外还有少量海洋药用生物资源开发。1989年世界海洋渔业产量约8575万吨。1990年世界渔业总产量估计（正式统计数字尚未见报道）为1亿吨，其中海洋渔业产量也比1989年有所增长。其中，世界各大洋的渔业产量分别为：太平洋亿吨，大西洋亿吨，印度洋亿吨。 各国海洋渔业的发展水平差别很大。长期以来，日本和原苏联是渔业产量超过1000万吨的渔业大国。中国的渔业发展比较快，1990年渔业产量达到1200多万吨，成为第一渔业大国。美国、加拿大和欧洲的一些国家，以及南朝鲜和东南亚的某些国家，渔业也比较发达。 3、海洋生物资源开发潜力。世界大洋生物资源的开发潜力是很大的。如前述各国专家所估计的，世界海洋渔业资源的总可捕量在2-3亿吨之间，目前的实际捕捞量不足1亿吨。另外，药用和其他生物资源也有很大开发潜力。近年来，日本等国正在探索大洋深水区的生物资源开发问题，首先是进行资源调查，同时开发新的捕捞技术。据报道，过去被认为是海洋中的荒漠的大洋深水区，蕴藏着大量的中层鱼类资源，其中仅灯笼鱼的生物量就有9亿吨，每年可捕量可达5亿吨。南大洋磷虾资源年可捕量可达亿吨。另外，水深200?000m的区域也有许多其他经济鱼类，如长尾鳕科鱼类，深海鳕科鱼类，平头鱼科鱼类，以及金眼鲷、鲽鱼等，可捕量约3000万吨。 海洋矿藏资源概述 用“聚宝盆”来形容海洋资源是再确切不过的。单就她的矿产资源来说，其种类之繁多，含量之丰富，令人咋舌。在地球上已发现的百余种元素中，有80余种在海洋中存在，其中可提取的有60余种，这些丰富的矿产资源以不同的形式存在于海洋中：海水中的“液体矿床”；海底富集的固体矿床；从海底内部滚滚而来的油气资源。 海水中最普通的是盐，即氯化钠，是人类最早从海水中提出的矿物质之一。另外还有一种镁盐，它们是造成海水又咸又苦的主要原因。除了这两种外，还有钾盐、碘、溴等几十种稀有元素及硼、铷、钡等，它们一般在陆地上比较少，而且分布较分散，但又极具价值，对人类用处很大。 据估计海水中含有的黄金可达550万吨，银5500万吨，钡27亿吨，铀40亿吨，锌70亿吨，钼137亿吨，锂2470亿吨，钙560万亿吨，镁1767万亿吨等等。这些东西，大都是国防工农业生产及生活的必需品。例如镁是制造飞机快艇的材料，又可以做火箭的燃料及照明弹等，是金属中的“后起之秀”，而世界上目前有一半以上的镁来自海水。 海水是宝，海洋矿砂也是宝。海洋矿砂主要有滨海矿砂和浅海矿砂。它们都是在水深不超过几十米的海滩和浅海中的由矿物富集而具有工业价值的矿砂，是开采最方便的矿藏。从这些砂子中，可以淘出黄金，而且还能淘出比金子更有价值的金刚石、石英、钻石、独居石、钛铁矿、磷钇矿、金红石、磁铁矿等，所以海洋矿砂成为增加矿产储量的最大的潜在资源之一，愈来愈受到人们的利用。 这种矿砂主要分布在浅海部分，而在那深海底处，更有着许多令人惊喜的发现：多金属结核锰结核就是其中最有经济价值的一种。它是1872-1876年英国一艘名为“挑战号”考察船在北大西洋的深海底处首次发现的。这些黑乎乎的，或者呈褐色的锰结核鹅卵团块，有的象土豆，有的象皮球，直径一般不超过20厘米，呈高度富集状态分布于300-6000米水深的大洋底表层沉积物上。 据估计整个大洋底锰结核的蕴藏量约3万亿吨，如果开采得当，它将是世界上一项取之不尽，用之不竭的宝贵资源。目前，锰结核矿成为世界许多国家的开发热点。在海洋这一表层矿产中，还有许多沉积物软泥，也是一种非同小可的矿产，含有丰富的金属元素和浮游生物残骸。例如覆盖一亿多平方公里的海底红粘土中，富含轴、铁、锰、锌、锢、银、金等，具有较大的经济价值。 近年来，科学家们在大洋底发现了33处“热液矿床”，是由海底热液成矿作用形成的块状硫化物多金属软泥及沉积物。这种热涂矿床主要形成于洋中脊，海底裂谷带中，热液通过热泉，间歇泉或喷气孔从海底排出，遇水变冷，加上周围环境中及酸碱度变化，使矿液中金属硫化物和铁锰氧化物沉淀，形成块状物质，堆积成矿丘。有的呈烟筒状，有的呈土堆状，有的呈地毯状从数吨到数千吨不等，是又一项极有开发前途的大洋矿产资源。 石油和天然气是遍及世界各大洲大陆架的矿产资源。石油可以说是海洋矿产资源中的“宠儿”，又被称为“黑色的金子”。据报告，1990年，全世界海上石油已探明储量达×1010吨，海上天然气已探明储量达×1013M3。油气加在一起的价值占了海洋中已知矿产物总产值的70%以上。 石油是“工业的血液”，然而目前全世界已开采石油640亿吨，石油的枯竭在所难免，从海湾战争可以看出石油的价值所在。所以人们转而求助的就是海洋石油资源。天然气是一种无色无味的气体，又称为沼气，成分主要是甲烷。由于含碳量极高，所以极易燃烧，放出大量热量。1000立方米天然气的热量，可相当于两吨半煤燃烧放出的势量。因此，天然气的价值在海洋中仅次于石油而位居第二。 海洋能源概述 浩瀚的大海，不仅蕴藏着丰富的矿产资源，更有真正意义上取之不尽，用之不竭的海洋能源。它既不同于海底所储存的煤、石油、天然气等海底能源资源，也不同于溶于水中的铀、镁、锂、重水等化学能源资源。它有自己独特的方式与形态，就是用潮汐、波浪、海流、温度差、盐度差等方式表达的动能、势能、热能、物理化学能等能源。直接地说就是潮汐能、波浪能、海水温差能、海流能及盐度差能等。这是一种“再生性能源”，永远不会枯竭，也不会造成任何污染。 潮汐能就是潮汐运动时产生的能量，是人类利用最早的海洋动力资源。中国在唐朝沿海地区就出现了利用潮汐来推磨的小作坊。后来，到了11-12世纪，法、英等国也出现了潮汐磨坊。到了二十世纪，潮汐能的魅力达到了高峰，人们开始懂得利用海水上涨下落的潮差能来发电。据估计，全世界的海洋潮汐能约有二十亿多千瓦，每年可发电12400万亿度。 今天，世界上第一个也是最大的潮汐发电厂就处于法国的英吉利海峡的朗斯河河口，年供电量达亿度。一些专家断言，未来无污染的廉价能源是永恒的潮汐。而另一些专家则着眼于普遍存在的，浮泛在全球潮汐之上的波浪。 波浪能主要是由风的作用引起的海水沿水平方向周期性运动而产生的能量。 波浪能是巨大的，一个巨浪就可以把13吨重的岩石抛出20米高，一个波高5米，波长100米的海浪，在一米长的波峰片上就具有3120千瓦的能量，由此可以想象整个海洋的波浪所具有的能量该是多么惊人。据计算，全球海洋的波浪能达700亿千瓦，可供开发利用的为20-30亿千瓦。每年发电量可达9-万亿度。 除了潮汐与波浪能，海流可以作出贡献，由于海流遍布大洋，纵横交错，川流不息，所以它们蕴藏的能量也是可观的。例如世界上最大的暖流——墨西哥洋流，在流经北欧时为1厘米长海岸线上提供的热量大约相当于燃烧600吨煤的热量。据估算世界上可利用的海流能约为亿千瓦。而且利用海流发电并不复杂。因此要海流做出贡献还是有利可图的事业，当然也是冒险的事业。 把温度的差异作为海洋能源的想法倒是很奇妙。这就是海洋温差能，又叫海洋热能。由于海水是一种热容量很大的物质，海洋的体积又如此之大，所以海水容纳的热量是巨大的。这些热能主要来自太阳辐射，另外还有地球内部向海水放出的热量；海水中放射性物质的放热；海流摩擦产生的热，以及其他天体的辐射能，但来自太阳辐射。因此，海水热能随着海域位置的不同而差别较大。海洋热能是电能的来源之一，可转换为电能的为20亿千瓦。但1881年法国科学家德尔松石首次大胆提出海水发电的设想竟被埋没了近半个世纪，直到1926年，他的学生克劳德才实现了老师的夙愿。 此外，在江河入海口，淡水与海水之间还存在着鲜为人知的盐度差能。全世界可利用的盐度差能约26亿千瓦，其能量甚至比温差能还要大。盐差能发电原理实际上是利用浓溶液扩散到稀溶液中释放出的能量。 由此可见，海洋中蕴藏着巨大的能量，只要海水不枯竭，其能量就生生不息。作为新能源，海洋能源已吸引了越来越多的人们的兴趣。