第0章　緒論

21世紀，催化技術在能源清潔生產、利用和大氣污染治理等方面發揮了關鍵作用。隨著中國及中東地區新一輪石化裝置建設的進行，以及歐美和日本等發達國家及地區實施新燃料標準的推進，全球催化劑市場不斷擴大。目前，全球催化劑公司正享受著豐厚贏利所帶來的喜悅。美國Freedonia集團的研究報告顯示，自2008年以來，全球催化劑市場以6％的需求速度增長，其中北美和亞太地區占據較大份額，分別達到32％和31％，見表0-1。如果按需求量計算，2012年全球催化劑市場達到5.3Mt。

另一方面，隨著人們環境保護意識的逐漸增強，環境保護催化劑在解決地球環境問題中起到了至關重要的作用，在催化劑市場領域占有較高的份額。美國知名市場調查公司BCC Research的研究報告顯示，2006年用于減少移動源空氣污染排放的催化劑，特別是用于汽車尾氣催化轉換器方面的催化劑，占據全球環境催化劑市場份額的近50％，而用于固定源（如發電廠排放控制、工業及農業活動排放等）空氣污染減排方面的催化劑約占市場份額的31％。近年來全球催化劑細分市場份額統計見表0-2。統計顯示，2005—2011年環保催化劑市場份額增長較快，2005年的市場份額達到44.04億美元，在2008年和2011年分別增加到53.93億美元和58.71億美元，平均年增長率高達5.6％。

我國能源構成存在結構性矛盾。以2013年為例，我國非化石能源（水電、風電、太陽能、生物質能等）僅占一次能源消費總量的9.6％。我國是一個“貧油國”，2013年石油對外依存度達57％。同時我國能源利用率低，煤炭在一次能源生產和消費中一家獨大的格局仍未被撼動。化石燃料的廣泛使用造成了嚴重的大氣污染。據環保部公布的資料顯示，盡管在74個環保重點城市中，空氣質量達標的城市數量從2013年的3個增加到2015年的11個，全國環境空氣質量總體向好，重點區域主要污染物濃度同比下降，但部分地區特別是北方地區冬季大氣污染形勢依然嚴峻，主要體現在以下幾個方面：

（1）三大重點區域仍是空氣污染相對較重區域。京津冀區域13個地級以上城市中，有11個城市排在全國污染最重的前20位，其中有8個城市排在前10位，區域內PM2.5年均濃度平均超標1.6倍以上。

（2）復合型污染特征突出。傳統的煤煙型污染、汽車尾氣污染與二次污染相互疊加，部分城市不僅PM2.5和PM10超標，O3污染也日益凸顯。

（3）重污染天氣尚未得到有效遏制。2014年全國共發生兩次（2月和10月）持續時間長、污染程度重的大范圍重污染天氣過程，重污染天氣頻發勢頭沒有得到根本改善。

隨著國家對清潔能源和環境保護的日益重視，對以催化材料為核心的催化技術提出了更新更高的要求，同時也推動了催化材料不斷進步。其中研究熱點主要集中在以下幾個方面：如煉油工業中的低烯烴，低硫含量的清潔燃油生產，固體氧化物燃料電池材料及制備技術，機動車特別是柴油車尾氣的排放控制，工業和大氣揮發性有毒有害有機化合物的凈化，等等。在這些領域中稀土催化轉化/凈化技術發揮著越來越重要的作用，所涉及的催化材料主要有分子篩催化劑、氧化物催化劑和負載型（貴）金屬催化劑三大類。

我國是稀土資源大國，稀土儲量約占世界探明儲量的23％，居世界各國首位。但隨著我國稀土永磁、冶金、熒光粉等產業的迅速發展，中、重稀土的用量不斷增加，導致鈰和鑭等高豐度輕稀土元素大量積壓，造成了我國稀土資源利用不平衡。近年來，全球和中國在催化劑領域的稀土消費量見表0-3，從中可以看出稀土消費量逐年增長。稀土元素受鑭系收縮的影響和4f電子的作用，在化學反應過程中表現出獨特的催化性能，特別是高豐度的輕稀土元素（鑭、鈰、鐠、釹等）存在豐富的4f空軌道，在與其他組分（如金屬、金屬氧化物或介孔材料等）復合使用時，會產生明顯的協同作用，因而往往表現出遠超預期的反應活性。因此，擴大輕稀土元素在催化材料領域的應用，一方面可以降低催化劑成本，提高催化效率，另一方面可以實現我國稀土資源的高質、高效利用，具有重要的現實意義。

在稀土催化材料方面，目前大多數知識產權不屬于中國，科學制高點大部分都被發達國家占領。我國稀土催化材料產業的進一步發展只有依靠以企業為主體的產、學、研結合的技術創新體系，才能走出一條可持續、集約式的發展道路。