撰文：邹世辉 责编：邹世辉
前言：
催化在人类文明进步与世界经济发展中扮演着非常重要的角色。它能够以一种高效，绿色和经济的方式将原材料转变为具有高附加值的化工产品和燃料等，因而被广泛应用于能源，化工，食品，医药，电子等各个领域。目前，全世界90%以上的化学生产过程都离不开催化。毫不夸张地说，催化领域的每一次重大突破，都极大地改变了人类的生产与生活方式。今天简单地盘点一些工业催化领域中重要的催化反应和催化剂。
备注：本文主要参考Jens Hagen教授编写的《Industrial Catalysis》一书
1. 硫酸工业
1740年英国医生J.沃德在伦敦附近建立了一座燃烧硫磺和硝石制硫酸的工厂；
1746年英国J.罗巴克建立了铅室反应器，生产过程中由硝石产生的氧化氮实际上是一种气态的催化剂，这是利用催化技术从事工业规模生产的开端。
标志性事件1：1806年，法国科学家C. B. Dersomers和N. Clement阐明了在氧化氮作用下，SO2转化成SO3的机理
标志性事件2：1875年德国人E.雅各布建立了第一座生产发烟硫酸的接触法装置，并制造所需的铂催化剂，这是固体工业催化剂的先驱。
标志性事件3：1888年德国BASF公司的化学家Rudolf Knietsch开发了一种经济高效的替代工艺，采用目前广泛使用的V2O5为催化剂，这种硫酸接触工艺不但使巴斯夫一跃成为当时全球最大的硫酸生产商，也为催化加工铺平了道路。
备注：硫酸广泛用于各个工业部门，主要有化肥工业、冶金工业、石油工业、机械工业、医药工业、洗涤剂、军事工业、原子能工业和航天工业等，还用于生产染料、农药、化学纤维、塑料、涂料，以及各种基本有机和无机化工产品。世界大战期间，硫酸工业的发展与军事工业紧密联系在一起，硫酸工业是一个国家军事力量的风向标。
2. 氯气的生产
1867年，Deacon以CuSO4作为催化剂，开发了HCl氧化制备Cl2的Deacon工艺。当直流电普及之后，该工艺被氯碱工业逐步取代。氯气主要用于生成乙烯树脂，含氯化工原料，自来水消费等。第一次世界大战时，氯气曾被作为化学武器使用过，这是人类史上第一次大规模的化学战。
3. 硝酸工业
1906年，德国科学家Ostward以Pt/Rh合金网作为催化剂，开发了氨气的接触氧化工艺，用于生产硝酸。至今为主，该工艺仍是硝酸工业的核心。其主要流程是将氨和空气的混合气（氧：氮≈2：1）通入灼热（760～840℃）的铂铑合金网，在合金网的催化下，氨被氧化成一氧化氮（NO）。生成的一氧化氮利用反应后残余的氧气继续氧化为二氧化氮，随后将二氧化氮通入水中制取硝酸。当然，氨的接触氧化实现工业化得益于合成氨工艺的开发，这个下面会重点介绍。1909年，Ostward获得诺贝尔化学奖（对催化作用的研究工作和对化学平衡以及化学反应速率的基本原理的研究）。
在Ostward开发氨气接触氧化之前，人们也曾采用硝石和浓硫酸制备硝酸，但这种方法耗酸量大，对设备腐蚀严重。
硝酸，在工业上可用于制化肥、炸药、农药、染料、盐类等。早期，硝酸工业的发展主要得益于军事（炸药）和农业（化肥）。1935年，在化学家侯德榜的领导下，我国建成了第一座兼产合成氨、硝酸、硫酸和硫酸铵的联合企业-永利宁厂。
4. 合成氨工业
1898年，德国A.弗兰克等人发现空气中的氮能被碳化钙固定而生成氰氨化钙（又称石灰氮），进一步与过热水蒸气反应即可获得氨，这是早期（哈伯合成氨工艺发明之前）合成氨工业的基础。
标志性事件1：1909年，德国化学家Fritz Haber用锇催化剂将氮气与氢气在17.5～20MPa和500～600℃下直接合成，反应器出口得到6％的氨,并于卡尔斯鲁厄大学建立一个每小时80g合成氨的试验装置。1918年，Fritz Haber获得诺贝尔化学奖（对从单质合成氨的研究）。
标志性事件2:1912年，德国BASF公司的Alwin Mittasch和Carl Bosch用2500种不同的催化剂进行了6500次试验，并终于研制成功含有钾、铝氧化物作助催化剂的价廉易得的铁催化剂，这也是现代合成氨工业催化剂成分的雏形。这种合成氨法被称为Haber-Bosch法，它标志着工业上实现高压催化反应的第一个里程碑。1931年，Bosch获得诺贝尔化学奖（发明与发展化学高压技术）。
标志性事件3:2007年，Gerhard Ertl因他在“固体表面化学过程”研究中作出的贡献为合成氨研究再获诺贝尔化学奖。Gerhard Ertl对人工固氮技术的原理提供了详细的解释：认为首先是氮分子在铁催化剂金属表面上进行化学吸附，使氮原子间的化学键减弱进而解离；接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的解离的氮原子作用，在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3，最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。Ertl还确定了原有方法中化学反应中最慢的步骤——N2在金属表面的解离，这一突破有利于更有效地计算和控制人工固氮技术。
