第4章:催化剂的结构(上)
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第4章3过渡金属氧化物催化剂及其催化作用过渡金属氧(硫)化物催化剂是一类广泛应用于化学反应中的催化剂。
它们由过渡金属和氧(硫)等原子组成,具有独特的结构和催化性能。
在本文中,我们将重点介绍过渡金属氧(硫)化物催化剂的种类、结构和催化作用,以及其在化学合成和能源转化等领域的应用。
过渡金属氧(硫)化物催化剂主要有负载型和非负载型两种形式。
负载型催化剂是将过渡金属氧(硫)化物负载在二氧化硅、活性炭等载体上,以增加其表面积和催化活性。
非负载型催化剂则是纯粹由过渡金属氧(硫)化物构成的颗粒或薄膜,具有较高的比表面积和催化活性。
这两种形式的催化剂在不同的反应中具有不同的催化机理和催化性能。
过渡金属氧(硫)化物催化剂的结构是其催化性能的关键因素。
大多数过渡金属氧(硫)化物催化剂具有复杂的晶体结构,如层状结构、中空球状结构等。
这些结构可以提供丰富的活性位点,并且具有调节反应中间体吸附和反应通道的能力。
此外,过渡金属氧(硫)化物催化剂还可以通过改变晶体结构或添加协同剂来调节其催化性能,提高催化活性和选择性。
过渡金属氧(硫)化物催化剂在化学反应中具有广泛的应用。
例如,通过调节过渡金属氧(硫)化物催化剂的结构和成分,可以实现氧化反应、氢化反应、催化裂解等各种化学转化。
特别是在有机合成中,过渡金属氧(硫)化物催化剂可以催化氧化还原反应、催化偶联反应、催化环化反应等,为合成高附加值化合物提供了重要的技术手段。
另外,过渡金属氧(硫)化物催化剂还可以催化电化学反应、光化学反应等非常规化学反应,为能源转化和环境保护等领域提供了新的解决方案。
总之,过渡金属氧(硫)化物催化剂是一类重要的催化剂,在化学合成和能源转化等领域具有广泛的应用。
通过调节其结构和成分,可以实现多种化学反应的高效催化。
随着新材料合成和催化机理的深入研究,过渡金属氧(硫)化物催化剂的催化性能有望进一步提高,为社会经济的可持续发展作出更大的贡献。
第四章金属催化剂及其催化作用4.1 金属催化剂的应用及其特性4.1.1 金属催化剂概述及应用金属催化剂是一类重要的工业催化剂。
主要包括块状催化剂,如电解银催化剂、融铁催化剂、铂网催化剂等;分散或者负载型的金属催化剂,如Pt-Re/-Al2O3重整催化剂,Ni/Al2O3加氢催化剂等;4.1.2 金属催化剂的特性几乎所有的金属催化剂都是过渡金属,这与金属的结构、表面化学键有关。
过渡金属能级中都含有未成对电子,在物理性质中表现出具有强的顺磁性或铁磁性,在化学吸附过程中,这些d电子可与被吸附物中的s电子或p电子配对,发生化学吸附,生成表面中间物种,从而使吸附分子活化。
金属适合于作哪种类型的催化剂,要看其对反应物的相容性。
发生催化反应时,催化剂与反应物要相互作用。
除表面外,不深入到体内,此即相容性。
如过渡金属是很好的加氢、脱氢催化剂,因为H2很容易在其表面吸附,反应不进行到表层以下。
但只有“贵金属”(Pd、Pt,也有Ag)可作氧化反应催化剂,因为它们在相应温度下能抗拒氧化。
故对金属催化剂的深入认识,要了解其吸附性能和化学键特性。
4.2 金属催化剂的化学吸附4.2.1 金属的电子组态与气体吸附能力间的关系不同的金属催化剂的化学吸附能力取决于各种因素,包括金属化学性质、气体化学性质、金属结构、吸附条件等等,见表4-3。
1 具有未结合d电子的金属催化剂容易产生化学吸附2 电子云重叠少,吸附弱;电子云重叠多,吸附强。
3 气体的化学性质越活泼,化学吸附越容易。
4 吸附条件也有一定影响。
低温有利于物理吸附,高温有利于化学吸附(但不能太高,否则TPD怎么做?)。
压力增加对物理吸附和化学吸附都有利。
4.2.2 金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系金属催化剂催化活化的过程可以看成是化学吸附的过程,化学吸附的状态与金属催化剂的逸出功及反应物气体的电离势有关。
1 电子逸出功:将电子从金属催化剂中移到外界所需的最小功,或电子脱离金属表面所需的最低能量。