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    19世纪末，世界人口数量激增，对粮食的需求量也日趋增大，于是，怎样在有限的耕地上生产出更多的粮食，便成为了横亘在人们面前的一个现实难题。当时科学家发现，给土地施加氮肥，可以有效地增加粮食产量。同时，随着各国军事的发展以及战争阴云的催动，对炸药的需求也越来越大，而生产炸药则需要消耗大量的硝酸。可见，不论是粮食还是炸药，吃饭与战争这两件人类文明中最重要的事情，共同指向了一件事物，这便是需要大量的氮。

氮，我们都很熟悉，空气中有78%就是氮气，表面看来，我们丝毫不必为氮发愁，应该是到处都是、随用随取。但事情远没有这么简单，这是因为，空气中的氮气非常稳定，很难和其他物质发生，自然也就很难变成人们需要的化肥和炸药了。通常来说，只有在电闪雷鸣的时候，少量氮气才会和氧气发生反应，生成一氧化氮，再经过一系列的变化变成氮肥，随着雨水落到土壤中。只可惜，一年当中，打雷的日子不是很多，所以靠天吃饭终究不是个事，要创造人类的幸福，还得靠自我奋斗。

万幸的是，自然界中还有大量含氮的矿物，比如说硝石，这些含氮矿物都能用于工业生产制造氮肥和火药。所以在19世纪，硝石便成为了一种非常紧俏而重要的战略物资。但硝石也有问题，那就是其在地球上的分布并不均衡。智利是当时主要的硝石产地，所以，对硝石有巨大需求的欧洲，只能靠大量的进口。进口也不要紧，但是，硝石的储量毕竟是有限的，而另一方面，人们的需求却在以极快的速度增长。看来，要想搞来充足的氮，人们还得对空气下手。

于是，各国科学家纷纷致力于研究利用空气中的氮气生产氮肥和炸药的方法。而其中最关键的一步，就是使极不活泼的氮气通过一定的方法，变成氮的某种简单，这被称为“人工固氮”。而一种极好的“人工固氮”方法便是合成氨，说到合成氨，我就想到了德国化学家弗里茨-哈伯。

氨是氢气与氮气反应生成的产物，事实上，在一开始的时候，哈伯研究的也是氮气与氧气的反应，但效果很不理想，于是，哈伯将目光转向了氢气。当然了，由于氮气的尿性，氢气与氮气的反应也很难进行。当时，研究氢气与氮气反应的科学家不在少数，为了使氢气与氮气能反应，科学家们尝试了大量的方法，但都以失败而告终，即使是在很高的温度和很大的压强下，氢气与氮气的反应也是极其缓慢的，根本达不到工业生产的要求。于是哈伯想到，或许可以寻找到一种物质，能够加快氢气与氮气的反应速度。终于，在历经无数次失败的自我奋斗后，1909年，哈伯在实验室采用600℃、200个大气压，以及用金属锇作剂，在以上这些条件下，大大提高了合成氨反应的速度。事实证明，哈伯的想法是可以实现的。

在此之后，哈伯又同其他科学家一起，对数千种不同配方的催化剂进行实验，终于制得了价格低廉而催化效率更高的铁催化剂；同时解决了诸如高温氢气对生产设备的腐蚀等一系列实际生产中的技术难题。于是在1911年，德国建成世界上第一座日产30 吨合成氨的工厂，这是人工固氮技术的重大成就，是催化剂在化学研究和化工生产中的胜利。

而到了1914年第一次世界大战爆发前夕，德国已经拥有了多家合成氨工厂，源源不断地提供着制造化肥和炸药的原料，而且，当时全世界也只有德国掌握了合成氨技术。据此，德皇威廉二世相信，开战没有问题，就让老夫征服欧洲吧！而与此同时，欧洲其他国家还蒙在鼓里，他们认为，只要切断了德国的硝石供应，德国就束手无策、缴械投降，这实在是图样了。当然了，一战无疑是万分惨烈的，不过，我们决不能借此就将罪名归在哈伯的头上，你爱制炸药那是你的事儿，但客观上，合成氨技术无疑也推动了化肥工业及其他工业的迅猛发展，其带给人类的好处也是不可估量的。由此，在一战刚结束诺贝尔奖恢复评奖的第一年，哈伯便独享了1918年的诺贝尔化学奖。

哈伯制氨法的出现，就这样开启了在化学工业中使用催化剂的大门。而从上面的故事中，我们也可以发现，所谓的催化剂，就是指那些能改变化学反应速度的物质，而催化剂所起的作用，就被称为催化作用。

除了合成氨以外，还有很多工业生产也要用到催化剂，比如硫酸的生产。硫酸是一种极其重要的工业原料，生产硫酸有一步重要的反应，这便是二氧化硫氧化生成三氧化硫，之后再用水吸收，就能得到硫酸。二氧化硫的氧化在硫酸工业上被称为“催化氧化”，这是一种在五氧化二矾的帮助下进行的。可以说，如果没有五氧化二矾的催化作用，那么二氧化硫的氧化将是很缓慢的。有意思的是，依靠催化剂生产得到的硫酸，其本身也是一种常用的催化剂。

很多时候我们都以为，催化剂的作用就是加速反应，其实也不尽然。事实上，对于某些特定的反应，人们还是希望它进行得越慢越好，比如钢铁的。从本质上看，生锈是铁和空气中的氧气发生了复杂的化学反应而发生的。为此，科学家们想了很多办法来防止钢铁被腐蚀，其中常用的一种方法是加入“缓蚀剂”，来减缓钢铁生锈的速度。还比如橡胶制品，为了防止橡胶制品老化，人们在橡胶制品中加入一些“防老化剂”，使得橡胶制品更经久耐用。食用油也是如此，如果储存不当或放置比较长的时间，就容易发生酸败从而危害身体健康。为此，食用油中常加入少量的“没食子酸正丙酯”以作为抑制剂，减慢油脂酸败反应的速度。以上这些缓蚀剂、防老化剂、抑制剂也属于催化剂，在化学上，我们将其称为“负催化剂”或“阻化剂”。

总之，不论是加快，还是减缓，都是催化剂的看家本领。如今，无处不在的催化剂已经融入了人类生活的方方面面。

当然了，需要说明的是，催化反应并不是哈伯首先发现的。事实上，早在公元前，我们中国人便已经学会了利用酒曲来造酒，这个酒曲便是一种生物酶催化剂。而在18世纪中叶，铅室法制硫酸中用二氧化氮作为催化剂，则是工业上采用催化剂的开始。1820年，汉弗莱-戴维发现金属铂可以加快酒精的氧化速度，于是诞生了“铂怀炉”，在铂怀炉中，酒精靠人体的体温缓慢挥发成酒精蒸气，在金属铂的催化作用下，酒精蒸气无须点燃，便可以与氧气发生反应并产生热量，而这一氧化过程并不产生火焰，所以被称为“无焰燃烧”。18年，瑞典化学家贝采里乌斯首次使用了“催化”一词。1902年，德国化学家奥斯特瓦尔德将催化定义为：加速化学反应而不影响化学平衡的作用。而一战前合成氨的大规模生产，无疑是催化工艺发展史上的里程碑。

不过，仅仅利用催化作用，人们是并不满足的，我们还要知道“为什么”。因为只有在实质上认识催化反应，人们才能进一步完善催化理论，并在实践中寻找更率、更廉价、更易获得或制得的催化剂，以此来改进化学工业生产过程。而要想认识催化反应的原理，我们就要走进物质的深处。

我们知道，物质是由、分子、离子等微小粒子构成的，这些微粒处于不同的运动状态。不过，虽然物质都是由这些微粒所组成，但各种不同的化学反应的速度，却是千差万别的。有些化学反应的速度很快，在一瞬间就能完成，比如炸药的爆炸。而有些化学反应速度却很慢，比如氢气与氮气反应生成氨。那么，究竟是什么导致了化学反应速度的差异呢？催化剂又是利用什么原理改变了化学反应的速度呢？

我先讲一个故事，很久很久以前，有一位叫愚公的长者，这老爷子的家被两座大山——太行和王屋挡住了通往外面世界的路，但是虽说此地芳草鲜美落英缤纷，但愚公却并不想成为这个小小世外桃源的国王，因为世界那么大，他想去看看，于是他决定移开两座大山。他的浩大工程引发了另一位长者河曲智叟的好奇，智叟问他：你TM疯了么？愚公说：虽我之死，有子存焉；子又生孙，孙又生子；子又有子，子又有孙；子子孙孙无穷匮也，而山不加增，何苦而不平？一番话说得河曲智叟无言以对。于是愚公就开始干了，不过干半道，愚公也发现这他娘的得干到猴年马月，说不定一下干到2019了，我能坚持，我的子孙可说不准了。再说了，有道是前人栽树后人乘凉，我不应该给后代增加负担，这事儿应该老夫自己处理了才行。于是他灵机一动，这两座山之间有个地方比较低，我不妨在此开一条路出来，那不就行了么？于是，没过多久，这条路就修通了。可见，我们既要赞扬愚公改天换地的决心，也要欣赏他具体问题具体分析的灵活。而催化剂能够加快化学反应速度的原理，其实与此是类似的。

现代化学理论认为，化学反应得以进行的先决条件，是反应物分子间必须发生碰撞。不过，并不是反应物分子间的每一次碰撞都会发生化学反应，事实上，一般情况下，只有少数的碰撞会导致反应的发生，而多数的碰撞并不发生反应，是无效的。这种能发生反应的碰撞被称为“有效碰撞”。而能发生有效碰撞的分子的能量，要比一般分子的能量高。这些能量较高的、碰撞时能发生化学反应的分子被称为“活化分子”。科学家发现，在一定温度下，活化分子的百分数越大，那么化学反应的速度就越大，化学反应进行得就越快。反之，活化分子百分数越小，化学反应的速度就越小，化学反应进行得就越慢。

科学家把活化分子的平均能量，与所有分子的平均能量的差值，称为活化能。由此可见，在一定温度下，如果一个化学反应的活化能越大，那么就意味着活化分子的百分数就越小，其结果就是，化学反应的速度就越小。反之，活化能越小，反应进行得就越快。

所以，要加快化学反应速度，就要增大活化分子的百分数，最常用的办法便是升高温度。温度升高后，分子具有的平均能量增大了，使得更多的分子能越过“分界线”从而成为活化分子，于是活化分子百分数增大了，化学反应速度也就加快了。

除了升高温度以外，另一种增大活化分子的百分数的方式便是添加催化剂了，在一个化学反应中，使用了催化剂后，能有效地降低化学反应的活化能，从而增大活化分子百分数，显著地加快化学反应的速度。

我相信，对于这样的解答，你是不满意的，但我也没办法，因为我和黄博士也不懂。事实上，催化反应是一个极其复杂的问题，有些疑问目前仍不明朗，抑或是化学界尚未达成共识。简单来看，我给你编一个，在反应中，反应物会先与催化剂结合，生成“催化中间体”。随后，催化中间体经过一些变化，重新释放出催化剂本身，同时生成产物。也就是说，同样是由反应物生成产物，有无催化剂两种状态，其实是经历了两种反应路线。而相比于没有催化剂参与的情况，有催化剂参与时，生成催化中间体的反应以及催化中间体生成反应物的过程，有着更低的活化能，如此一来，化学反应便得以加快。可见，催化剂就是我们上面故事中的一条捷径。

好了，甭管怎样，催化剂已经发展了100多年，深刻地改变了人类的生产生活方式，而在这一历史进程中，人们也总结出了催化剂的一些特点。

第一个特点是“选择性”，也就是说，特定的催化剂只对特定的化学反应有效。同时，这种选择也是一种“双向选择”。这就意味着，并不存在一种催化剂，能够催化一切的化学反应。一般情况下，某种催化剂只对特定的某个或某类化学反应具有催化作用。同时，也不存在一个化学反应，所有催化剂都能对其有催化作用。一般来说，某个化学反应，能够对其具有催化作用的物质并不多，而且催化效率也有差异。

认识到这种选择性，是万分重要的。这是因为，在化工生产中，经常会出现这样的情况，那就是原料在反应条件下可能发生多个化学反应、产生多种产物，大多数情况下，这其中只有一个反应是人们希望发生的，这被称为“主反应”，而其产物也就是“主产物”才是人们需要制取得到的。而另外一些反应，人们并不希望其发生，因为这些反应不仅浪费了原料，而且反应的产物混杂在主产物中，使得产物的纯度降低。这些伴随主反应发生的反应就被称为“副反应”，副反应的产物就是“副产物”。可以说，如何减少副反应的发生，减少副产物的生成量，几乎是每一个化工生产反应都要考虑的问题。

在这方面，催化剂的选择性无疑有着重要的作用。使用特定的催化剂，便可以选择主反应而排斥其他副反应，使得主反应加速，从而得到较多的主产物，减少其他副产物。比如乙醇在高温时可发生“脱氢反应”变成乙醛，也可发生“脱水反应”变成乙烯，银催化剂能催化前一个反应，而氧化铝催化剂则能催化后一个反应。所以要生产乙醛，就使用银催化剂，而若要生产乙烯，则使用氧化铝催化剂。

催化剂的第二个特点是“条件性”。也就是说，催化剂要在特定的条件下，才能发挥最佳效果。例如合成氨使用的铁催化剂，其最佳工作温度为500℃左右，在这个温度下，它的催化能力是最强的。当然，不同的催化剂所需的最佳温度并不相同，这还要具体问题具体分析。

最后，在工业生产中，要想加快反应速度，除了要遵守“选择性”与“条件性”的基本法之外，还可以使用“助催化剂”。比如在合成氨的铁催化剂中，加入少量的氧化铝和氧化钾作为助催化剂，可以大大提高催化剂的催化能力。这个助催化剂本身并不具有催化活性，也就是说，单独使用助催化剂，是不会产生任何催化效果的，但助催化剂可以“协同”催化剂更加出色地完成催化任务。所以说，我们可以把助催化剂看作是催化剂的催化剂。

另外，催化剂的载体也可以起到加速反应的效果。同助催化剂一样，载体本身一般也不具有催化活性，但载体可以支持活性物质，通过载体，不仅可以使催化剂具有适合于工业生产的形状、尺寸大小和机械强度，同时也能使活性物质均匀地分散在载体表面，更有利于催化剂与反应物充分接触，从而提高催化效率。常用的载体有氧化铝载体、硅胶载体、活性炭载体、硅藻土载体，还有新型的分子筛载体等等。比如工业制硫酸的重要反应——二氧化硫催化氧化生成三氧化硫，其催化剂是五氧化二矾，通常以硅藻土为载体，以硫酸钾等碱金属的硫酸盐作为助催化剂，这样才能获得最佳的催化效果。

可见，催化剂的应用，从根本上改变了化学工业，但凡事总有界限，对于催化剂来所也一样，它并非万能的。

比如在上世纪80年代，王洪成宣称，在四分之三的水中加进四分之一的汽油，再加进所谓的的“洪成基液”作为催化剂，就可以变成“水基燃料”，一点即燃，热值高于普通汽油、柴油，而且无污染，成本极低。这便是当时忽悠了全国人民的“水变油”风波。当然了，这场风波最终被证明是一场闹剧，王洪成也被判入狱10年。那么王洪成是不是水平不行，他选错了催化剂呢？其实不是。

事实上，任何催化剂都无法催化水变成油。这是因为，催化剂只能催化实际能够发生的反应，而对于本来就不能发生的反应，催化剂是无能为力的。比如合成氨反应、二氧化硫的氧化反应等，都是实际能够发生的反应，只不过在通常的情况下这些反应进行得较为缓慢，所以需要催化剂的帮助。催化剂的作用，只不过是增大反应的速度，促使这些反应进行得快一些。而对于理论上不能发生的反应，再神奇的催化剂也不可能促使其发生。水是氢元素和氧元素的化合物，汽油是一种碳氢化合物，两者的元素组成本就不一样。所以，水变成油，是一个在化学上无论如何也推导不出的反应，根本不具有可行性。这就好比是合成氨技术的出现，如果当时的欧洲没有战争的种子，那么不论德国合成多少氨，也不会引发第一次世界大战。

现在“水变油”又有了新的变种，有人就声称，已研制出一种催化剂，能使水源源不断地分解成氢气和氧气，氢气是一种更为优质、清洁的能源，这还要什么“水变油”，我直接“水变氢气”不就行了？可以说，这一说法更具有迷惑性，因为水的确能分解成氢气和氧气，这一反应在化学上是可行的，比如电解水就能发生分解生成氢气和氧气。现在不用电解了，我扔一块催化剂进去，就解千愁了。

不过这同样是有问题的，这是因为，催化剂虽然能改变反应速度，但却无法改变化学反应的热效应。我们知道，化学变化一般伴随着能量的变化，这种能量的变化就是化学反应的热效应。比如说如果有2g氢气完全燃烧，会生成18g液态的水，并释放出约286KJ的热量，正是这一热量的存在，使得氢气成为了极其理想的燃料。不过，这热量并非凭空产生的，在氢气燃烧放热的过程中，一部分化学能转变成了热能从而释放出来，所以，总的能量仍然是守恒的。另一方面，科学家通过测算得知，如果有18g水分解生成了氢气和氧气，也必然要吸收286KJ的能量。也就是说，氢气和氧气结合成水放出的能量，与把水分解为氢气和氧气所需要的能量是一样多的。

所以，即便真的研制出了一种催化剂，可以使水分解成氢气和氧气的速度加快，这一反应也必须提供大量的能量才能实现。同时，虽然理论上提供的能量与制得的氢气燃烧所能释放的能量相同，但实际上由于损耗的存在，所以所须提供的能量要相对大得多。所以说，目前通过消耗大量的能量分解水制得氢气，再将氢气用作燃料获取能量，这一过程只有在某些特殊的情况下才会这样做，比如制取运载火箭的燃料——液氢。但这无疑需要巨大的成本，在目前的技术条件下，氢燃料还无法走进我们的日常生活。不过随着技术的发展，特别是太阳能技术的进步，我们完全有理由相信，氢燃料早晚有一天会成为生活中动力与能量的来源。

但我们要永远清楚的是，太阳能虽然不用我们创造，但其也是外来的能量，我们永远不要幻想不消耗能量或少消耗能量，通过简单的催化反应就能实现能量的无中生有，这无异于缘木求鱼。打个不恰当的比方，有人可以靠钱征服妹子，有人可以靠体格征服妹子，有人可以靠小浪漫征服妹子，还有极少数像我这样的人可以靠才华和颜值征服妹子，但你永远不要指望靠一无是处来征服妹子，道理就是这么简单，所以赶紧提高知识水平吧。

除了不能凭空创造能量以外，催化剂也不能帮助我们得到更多的产品。比如合成氨，合成氨反应的原料，是氮气和氢气以体积比1∶3混合的气体。混合气体进入合成塔后，氮气和氢气在高温、加压和铁催化剂的催化作用下，反应生成氨。随着反应的进行，氮气和氢气的量因反应被消耗而不断减少，氨的量则不断增加。而当反应进行到一定程度时，氮气和氢气的量将不再减少，氨的量也不再增加，这时我们就称合成氨这一化学反应达到了“平衡状态”。通过测定发现，合成氨化学反应达到“平衡状态”时，合成塔中是氮气、氢气和氨的混合气体，其中氨的体积分数只有不超过20%。

实际上，不仅是合成氨，工业生产中的许多化学反应，都是无法进行到底的。这就意味着，对这些反应而言，反应物不可能百分之百地转化为产物，反应最终只会达到反应物和产物以一定比例和平共存的平衡状态。对于合成氨反应来说，反应的温度和压强，都能够改变反应的平衡状态。在不同的温度或不同的压强下，平衡中氨的比例是不同的。但是，催化剂是不能改变合成氨反应的平衡状态的。

事实上，催化剂不能改变任何一个反应的平衡状态。催化剂的加入，只能增大反应速度，并不能增加产量，也就是说，催化剂的使用能够增加单位时间内得到产物的量，但却并不会增加得到产物的总量。同样的，如果一个设备中的合成氨反应已经达到平衡状态，这时候再加入铁催化剂，哪怕加的量再多，也不会对平衡产生任何的影响。总之就是一句话，在极为理想的温度与压强状态下，不论你加不加催化剂，20%就是极限，而加入催化剂的作用，无非就是更快地达到这20%的天花板。

可见，催化剂虽然很强，但却并不是万能的。催化剂只能对原本就能够发生的反应起作用，同时，催化剂能够改变化学反应的速度，但却不能改变化学反应过程的热效应，化学反应过程中要吸收多少热，会放出多少热，决不会因为使用了催化剂而有所增减。另外，催化剂也不能改变反应的平衡状态，要想通过加入催化剂而得到更多产物的想法，是不切实际的。

至此，我们就可以给催化剂下一个定义了：催化剂是一种能够改变化学反应的速度，却不改变化学反应的热效应和平衡状态，本身在化学反应中不被明显消耗的化学物质。

当然了，即便有着以上种种“缺陷”与局限性，催化剂依然在现代化的工业生产中，扮演着举足轻重的角色，是现代化工业生产的“核心竞争力”，甚至我们可以说，催化剂是现代化学工业的灵魂。如果没有催化剂，大量的化学反应就不可能达到理想的速度，因而也无法实现大规模的化工生产。没有催化剂，便没有现代化学工业的产生与飞速发展。于是，这就涉及一个十分重要的问题了，这便是工业生产中催化剂的选择。那么该如何选择呢？

你也许会认为这不是大事儿，我们只要选择催化效率最高的催化剂就行了。确实，催化效率是选择催化剂要考虑的重要因素，但却并非惟一因素，因为光有高的催化效率是不够的，甚至有时候太高的催化效率反而会影响生产效率。根据经验，一个好的工业催化剂应该同时具备三大指标，这便是：适宜的催化效率、较高的选择性以及较长的使用寿命。

首先我们来看适宜的催化效率。通常来说，为了提高工业生产的效率，应该选择使用催化效率更高的催化剂，但其实这并非绝对的。比如，对于某些热效应较大，也就是反应过程中会释放较多的热量的化学反应来说，催化剂的催化效率如果过高的话，反应会在单位时间内释放出大量的热量。如果这些热量不能及时、有效地从反应容器中被排走，那么就会导致反应容器中的温度急剧升高。温度的升高不仅会影响反应的产率，而且也会破坏催化剂发挥作用所需的最适宜的温度条件，引起催化剂的烧结，从而丧失催化功能，正所谓过犹不及。

其次是催化剂的选择性。催化剂如果具有较高的选择性，那么就可以选择性地催化工业生产所需的主反应，而大大减少副反应的发生和副产物的生成。这不仅可以增大原料的利用率，而且可以简化反应后产物的净化、提纯处理等流程，大大节约成本。这一点就不用过多解释了，我们可以举一个现实的例子来说明选择性的重要性。

多巴是一种可以有效地治疗帕金森氏综合征的药物，但多巴存在两种结构，一种是左旋分子，对治疗帕金森具有疗效；而另一种则是右旋分子，没有治疗效果。由于这两种分子的组成完全一样，只是在结构上存在细微的差别，这在化学上被称为“对映异构体”，所以，用常规的手段很难分离开。1974年，美国孟山都公司开发出了具有很高选择性的催化剂，可以在合成反应中选择性地催化左旋多巴的生成反应，使得产物几乎不含右旋多巴，这一成果使左旋多巴成为了治疗帕金森的首选药物，直到今天，左旋多巴仍然活跃在治疗帕金森的前线，造福了无数患者。可以说，这一革新的例子，是化学生产中利用催化剂的选择性的经典之作。而当时供职于孟山都公司，对这一合成反应居功至伟的威廉-诺尔斯，也因为对手性催化氧化反应的研究，获得了2001年诺贝尔化学奖。

其实，很多药物的生产都面临着和多巴一样的难题，右旋多巴至少还不存在什么危害，但某些药物如果手性搞错了，那就有致命的危险，所以在这些药物生产中，具有手性选择性的催化剂选择更是制药企业的灵魂所在。关于手性的问题，感兴趣的老板可以到喜马拉雅关注节目“思考盒子”，在去年的1447与1451期节目中，盒子同志已经做了很好的说明，当然了，我知道他其实是编的。

最后是催化剂的寿命，也就是催化剂的稳定性。催化剂虽然不是反应物，不会随着反应的进行而被消耗掉。但其实，由于实际工业生产环境的影响，比如高温、反应物中存在杂质等等，都可能导致催化剂中毒、烧结、积炭等现象出现，从而使得催化剂的催化能力减弱甚至失去，这种现象被称作催化剂的失活。催化剂失活后，为了恢复催化剂的催化效率，就必须对催化剂进行处理以恢复催化活性，也就是所谓的催化剂的再生，或者干脆更换新的催化剂。但毫无疑问，无论是哪种办法，都会造成生产的停顿，导致生产效率的下降。

而对于一些要连续性工作的大型生产装置来说，停工更换催化剂，造成的损失更是难以弥补的。所以，这就要求工业生产中的催化剂，尤其是连续生产装置中使用的催化剂，应该很是“抗造”，有优良的稳定性，具备较长的使用寿命。如果某种催化剂具有较高的催化效率，而且选择性也很高，但就是太“娇嫩”，动不动就罢工，那么这种催化剂也不具备应用于工业生产的价值。这就好比是找女朋友，这个硬核就是颜值和才华、身材以及价值观什么的，选择性就是说这个女孩比较专一，但如果以上两点都是满分，就是碰不得，连蹭蹭都不行，那也是绝对不可以的。毕竟我们既需要白天有精神，也需要晚上睡的香。如果你没有这样的女朋友也不要紧，俗话说：白天看2049不瞌睡，晚上听思考盒子睡的香。欢迎到喜马拉雅订阅我唯一收听的音频节目——思考盒子，唉呀妈呀，老有意思了。

在现代石油炼制及石油化工中，催化剂的耗费占据了生产成本中很大一部分。有很多催化剂价格很高，尤其部分以铂、钯等贵金属为原料的催化剂更是不知道贵到哪里去了。所以，催化剂的稳定性和使用寿命对于降低成本、提高生产效率具有重要的意义。当然了，即使再耐用、再稳定的催化剂，在反应中也有可能发生极其微小的催化能力的改变，经过长时间的运转而逐渐累积，最终也会造成催化能力下降乃至失活。所以，“一劳永逸”的催化剂是不现实的。

总之，由于受实际条件的限制，要寻找到一种十全十美、面面俱到的催化剂是不可能的。我们所要做的，就是综合考虑整个工业生产过程，把握住关键的方面，同时在某些方面作出牺牲。还是和找女朋友是一个道理，啥都不要上来就整，那只有在个别日本电影中才会出现。找男朋友也一样，死了爹的年轻帅气身高185的海归董事长，啥都不要，就要平平凡凡的你，那是韩剧的情节。所以啊，韩剧和日本爱情动作片，本质上是一样的。

工业催化剂的选择和开发是一项技术性很强的工作，一种催化剂要能够真正投入生产应用，必须经过大量的试验，综合各方面的情况加以评价。随着技术的不断进步，每年都会有许多新的催化剂被研制开发出来，应用到实际生产中，替代老的催化剂。在工业催化剂的选择上，没有最好，只有更好，所以从这个意义上说，工业催化剂的更新换代是永无止境的。

回顾整个现代工业发展历程，可以毫不夸张地说，现代工业的蓬勃发展与催化技术的进步、新型催化剂的研制，有着不可分割的密切联系。催化剂的更新换代促进了工业生产不断向前发展。同时，对改进工业生产的迫切愿望，也促使科学家们研制更新、更好的催化剂。每当有新的催化剂和新的催化工艺研制成功，都会令工业生产的工艺发生改革，从而简化、优化生产设备和工艺流程，大幅度地降低成本，并为我们提供更好的新产品和新材料。

在这方面，聚乙烯材料走过的历史进程就是一个很好的明证。乙烯，我们都很熟悉，乙烯是一种重要的烃，科学家们还发现，乙烯也是一种不饱和烃，分子中有一个碳碳双键。正是这个不饱和的双键，使得乙烯的相当活泼，能反应生成许多种重要的有机化工产品。比如乙烯能生产氯乙烯，这是生产聚氯乙烯塑料的原料；乙烯与水通过浸渍有磷酸的固体催化剂的催化，发生反应生成乙醇，这是工业上除粮食酿造法外最重要的生产乙醇的方法；另外，在以银为活性成分的催化剂的催化作用下，乙烯能与氧气发生反应生成环氧乙烷，环氧乙烷除用作杀菌剂、消毒剂、熏蒸剂外，也是一种重要的化工原料。所以说，乙烯是现代石油化工的重要基础原料，乙烯的产量也是衡量一个国家石油化工发展水平的重要指标。

在这些产品中，尤其值得一提的是聚乙烯。1933年，英国科学家经过研究发现，乙烯在高压下可聚合生成聚乙烯。1939年，这一化学变化实现了工业化生产，从此，聚乙烯就走进了我们的生活。高压法生产的聚乙烯约为每立方厘米0.915g-0.925g，这被称为“低密度聚乙烯”。低密度聚乙烯的结晶性较差、密度低，化学稳定性、电绝缘性和柔软性较好，易于加工，但硬度和机械强度较差。所以，低密度聚乙烯最大的用途是生产各种薄膜，农业上用的大棚、地膜等塑料薄膜以及各种塑料袋，都是用低密度聚乙烯生产的。不过，低密度聚乙烯尽管性能上有很多优点，但它不耐热、强度差的特点也是一个致命伤，严重影响了它的应用范围。

质的飞跃，要等到齐格勒催化剂的发明。1953年，德国化学家齐格勒发现，在四氯化钛和烷基铝组成的催化剂的催化作用下，乙烯在较低的压力下也可以聚合成聚乙烯。这种聚乙烯的密度大于每立方厘米0.940 g，比高压法生产的聚乙烯密度大，这被称为“高密度聚乙烯”。为此，齐格勒获得了1963年的诺贝尔化学奖，而四氯化钛和烷基铝组成的催化剂，便是大名鼎鼎的“钛铝催化剂”。

由于生产工艺的不同，高密度聚乙烯与低密度聚乙烯存在着很多不同的性质，其用途也不尽相同。高密度聚乙烯结晶性好、密度高、化学稳定性、电绝缘性也很好，而且也更耐热，硬度和机械强度较高。用高密度聚乙烯制成的容器可耐受高温，这是用低密度聚乙烯制成的产品所不能的。所以，高密度聚乙烯产品重要的用途，是制造各类瓶、桶、罐、包装箱等包装材料，以及管材、电线电缆等建筑材料。

可见，低压法生产聚乙烯的核心技术正在于聚合催化剂。而齐格勒的钛铝催化剂便是低压法的第一代聚合催化剂。当然了，它还存在着很多缺点，比如其催化效率比较低，生产成本很高，而且得到的聚乙烯必须经过非常复杂的后续处理，工艺流程比较繁琐。

上世纪60年代，比利时索尔维公司首创以镁化合物为载体的第二代聚合催化剂，催化效率远高于第一代催化剂。随后，许多国家也纷纷研制出具有较高催化活性的聚合催化剂。第二代催化剂与第一代相比，通过改良催化剂的活性中心和载体，极大地扩大了催化剂的表面积，活性中心增加了，使得催化效率有显著的提高。催化剂的更新不仅提高了生产效率，使聚乙烯产品的品质大幅提高外，还简化了工艺流程，使得聚乙烯产品与催化剂的分离、产品的纯化等更为简便。

到了70年代，第三代聚合催化剂研制成功。第三代聚合催化剂除了具有更高的活性和催化效率外，还能直接得到具有规则形状的聚乙烯粒子，而之前人们得到的都是聚乙烯粉末。而且粒子的大小、形状还可以调节。第三代催化剂除了提高了生产效率外，更是省去了造粒的步骤，进一步简化了生产流程，节省了成本。

随着聚合催化剂的不断更新、催化工艺的不断进步，如今，我们不仅能生产用于制造各种塑料制品的低密度聚乙烯和高密度聚乙烯，而且，科学家们还研制出相对分子质量达到300万到600万的超高相对分子质量聚乙烯。这种聚乙烯具有极其优异的性能，其强度非常高，已被广泛用作防弹衣的材料。

当然了，聚乙烯的生产只是化学工业史上的一个缩影，很多很多产品也和聚乙烯一样，如果没有催化剂，或者说没有不断发展的催化剂及催化技术，它们或许还只是个稀罕物事，由于其高昂的价格而只能为少部分人享有，更不可能诞生出品种多样、用途各异的产品。所以，我们要感谢催化剂，是它，创造了如今丰富多彩的生活，也为人类描绘了一个值得憧憬的未来。

其实，催化剂不仅仅出现在工业生产领域，还有一种十分特殊的催化剂，这便是“酶”。在我们中国，早000多年以前，酿酒就十分盛行。酿酒用的原料是谷物，但光有谷物是不够的，还需要加入“酒曲”。酒曲中含有大量的微生物和酶，包括淀粉酶、糖化酶和蛋白酶等等，酶能够加速将谷物中的淀粉、蛋白质等转变成糖和，随后，糖在酵母菌和酶的作用下进一步转化成酒精。所以说，酒曲是酿酒过程中必不可少的物质。从这个意义上讲，酒曲也是人类发现最早的酶之一，而酿酒也是历史最为悠久的酶催化反应之一。酶是催化剂中的一类，因为具有生物活性，所以人们也称酶为“生物催化剂”。关于酶的话题，这又是一期大内容，我今天也不打算从化工就一步跨到生物，所以关于酶的话题，我们挖个坑留作以后再填。

好了，今天关于催化剂的话题我们就介绍到这里。早在2017年的节目《烈焰狂暴》中，我们就曾经提到，任何化学反应都要首先跨越一个“能垒”。而催化剂，正是可以改变这一能量高峰的金手指。催化剂通过自己优先参与反应，之后继续反应获得重生，正所谓我们不生产物质，我们只是原子的搬运工。催化剂不仅仅是作为中间商赚差价，更是化学反应的润滑剂、分子交易的介绍人、原子走穴的经纪公司。

其实，我们每个人都是个催化剂。我们可能是销售人员，做厂商与客户间的催化剂；我们可能是公务员，做国家政策和人民群众间的催化剂；我们可能是科学家，做人类智识与未知世界间的催化剂；我们可能是文艺工作者，做真善美与人类社会之间的催化剂。即使是我们是在那无知的幼年，嗷嗷待哺、蹒跚学步我们，也是父母双亲之间的催化剂。

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最后编辑时间为: 2020-05-11 08:54 Monday