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漫谈催化(1)美与丑,简单与复杂(与高分子学习的比较)

已有 3046 次阅读 2011-10-17 00:23 |系统分类:科研笔记| 密歇根大学, 学习, 读书, 高分子, 三角形

  只是自己对催化和高分子的浅薄的认知,如果有错,希望指出,谢谢

 博士做催化已经有三年,本人的学习背景比较复杂,做过生物工程,做过结晶学,(有人就不乐意了,你做的那么杂?我只讲一个国外的例子,密歇根大学催化专业博士招了一个学音乐的,这个是我知道的例子,别的就不说了,我们国家就是太在乎专业的限制)不敢说自己完全明白,只是谈谈自己对于催化的理解,对自己学习和读书的认知。希望对大家有所帮助,当然写写,对于我自己也是总结,也是思考的过程。
    这几天,一直在读《高分子化学》和《高分子物理》,有点读出了化学的味道,感觉很不错。(读书没有功利的思想真的是能学到很多的东西)高分子的性质,表面的看起来的简单,但是又带有这一种简单中的复杂。细细品味,有一种简单中的美。想象一下乙烯,这个简单而又美丽的平面分子,键角120度,C-H成一个等边的三角形,经过一种略为复杂的引发剂(Ziegler及其他)连接,配位聚合,成为链,或成为螺旋,或成为网,或成为透明的体,它们最终的有透明的,有白色的,看着就觉得beautiful。
    可是催化剂,传统的催化剂,一上来就是极其复杂,最为典型的例子,就是氧化铝。氧化铝本身因为不同制备工艺的就有很多的母体,前体,再到干燥过程的表面性质的改变,到焙烧过程中的本体晶型不同的改变,还有孔道,表面积等等性质的差别,我读到这里,人就懵了,因为你在第一步,制备的时候,可能就已经有了偏差。再继续,想象自己制备的时候,看到溶胶变成凝胶状的东西,一点点从清亮的溶液变成了白色的沉淀,经过老化,然后通过洗涤,有时候粘粘的,白色的氧化铝感觉还好,要是参杂了其他的物质,例如锰,看着就像屎,真是ugly,very ugly!这就是催化的复杂,不美。
    但是回到了催化研究的东西,其实也很简单,主要的载体,化学组成就是那几个,氧,硅,铝,铁等等,这些地壳中最多的元素,然后在第四周期上的8a副族里面找活性组分,或在贵金属中挑。其实,有时候想如果传统的气固相催化剂,不考虑其价格,将所有的贵金属或者8副族全部放在催化剂里,没有活性和选择性不好的,因为氧化和加氢,脱氢,汽车尾气催化剂都用到贵金属的,只是多少和结构的差别。贵金属不仅活性问题,连寿命也是最好的。外行人读到这段,也可以跟别人说出什么是催化剂。这就是催化剂的简单,复杂中的简单。想象一下,世界工业中有多少关键的步骤,多少的工艺路径,却可以通过那几简单的元素(贵金属和地壳表面的组分)的排列组合,就能得到加速和你想要的反应的路径,真是感觉很奇妙,又显得非常的漂亮。这大概是催化的丑里的美感!
    高分子的简单,还在与它的学习及读书。学习《高分子物理》和《高分子化学》,你就有底了,当然其中《有机化学》是其必备的基础学科,然后工艺和实验再读读,在实验室里看看学学,基本上问题就不大了。其实,我想说的是,高分子是属于二级学科,可以通过其中一门,两门基础的,就能掌握其中的关键。可是,具体高分子学科的深化的时候,具体到实例中或者工业化的时候,其中高分子的复杂又是很繁琐的,配方的配比,引发剂的制备,工艺条件的选择,关键的热力学参数和动力学参数。这就是高分子学习的简单中的复杂。
   但是催化,又跟高分子不一样了。还没有一本《催化》书,能将催化讲明白。开始,学习催化,把所有的代催化书,都争取读了,本以为这样能看明白,可是有些问题就是不理解,不管你读了多少代催化两个字书,可能都找不到一个解决的办法。(特别不喜欢《吴越版的催化》,简直又丑有长,看半天了,意义还没有读明白,估计我当时是水平低吧,但是一本书应该让不明白人读完后明白了,或者有所得,才是好书,如果让人觉得知识难,知识多,知识逻辑化太强,这恐怕不是一本书的本意把)
   其实,略略想来,催化不是二级学科,连三级学科估计都不是。举个例子:你想做好菜,味精不可少,但是仅仅是味精,估计你饿了,也不会吃吧。所以,想做好菜,就必须研究菜是什么,菜的工艺,然后其中研究何时加味精,味精多少,这才是做菜的本来步骤把。话说回来,催化剂不是菜,催化剂是菜里的味精。那催化读什么书呢,才能把它读明白呢?我一直认为催化是由很基础的学科搭建的,其中四大基础化学那是必须学好的,必须深读的。《无机》不仅要读课本了,有时候要读无机手册;《分析》中的沉淀分析过程其实就是催化剂制备中最重要的方法;《物理化学》中热动分析可能一定是做催化人的最先考虑的问题,而其中的胶体部分肯定是要深深研究的问题,纳米和表面都来自胶体部分的学习;《有机》不用提了,工业上没有太多无机反应要你去研究,其中有机的结构机理一定是学习催化反应的必备课程。传统的国内经典课本已经基本上对于学催化的人来说必须要通读和熟读,甚至不能偏,不能不全部掌握。这个是最初学催化的问题,希望后来人能有所知道。
    但是,回到实验中,又非常的好上手,例如催化剂的制备基本上是大学大一无机和分析课实验的重复,有部分是加强版。两个固体相在研钵中研磨,你会不会?但这一定是做催化剂的开始-----混合固相反应氧化铝和氧化镁的合成镁铝尖晶石的制备,磨磨,然后烧烧,再拿出来磨磨,再烧烧,反复几次,就可能是纯的镁铝尖晶石)你说这不是简单,这是什么?催化学习中的简单。但是如果说这就是整个催化剂的制备,那又错了,因为催化剂是要对特定反应有活性的,如果反应没有做,没有活性,一般我们不叫它催化剂,我们叫它xx。


未完待续。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

   


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