催化原理：第九章 固體催化劑設計

1、催化原理第九章 固體催化劑設計催化劑設計的總體考慮催化劑主要組分的設計根據(jù)有關催化理論的參數(shù)進行考慮基于催化反應的經(jīng)驗規(guī)律基于反應物分子活化模式的考慮助催化劑的選擇與設計助催化劑的種類與功能助催化劑的設計載體的選擇載體的作用載體的種類幾種主要的載體對載體的要求和選擇催化劑物理結構的設計催化劑物理結構對催化反應的影響催化劑的形狀選擇催化劑的比表面及孔結構的設計與選擇催化反應的結構敏感性和非敏感性催化劑設計的總體考慮高效催化劑設計污染治理資源利用能量存儲新能源開發(fā)石化能源利用人類健康催化劑設計：根據(jù)合理的程序和方法有效利用未系統(tǒng)化的法則、知識和經(jīng)驗，在時間上和經(jīng)濟上最有效地開發(fā)和制備新催化劑的方法

2、?？傮w考慮熱力學分析，指明反應的可行性；并分析催化劑設計參數(shù)的四要素：活性、選擇性、穩(wěn)定性和再生性催化劑設計要滿足反應基本步驟的條件著重考慮催化劑表面的組成、結構及性能催化劑主要組分的設計固體催化劑由三部分組成：活性組分、助劑和載體催化劑設計最主要是尋找合適的活性組分活性中心可以是原子、原子團、離子、離子缺位等主要組分選擇的基本原理或原則：根據(jù)有關催化理論歸納的參數(shù)來考慮基于催化反應的經(jīng)驗規(guī)律基于活化模型的考慮1. 根據(jù)有關催化理論的參數(shù)進行考慮催化劑的開發(fā)，50%靠經(jīng)驗與直覺，約40%靠實驗的優(yōu)化，余下的10%才是理論指導。天才那就是1%的靈感加上 99%的汗水，但那1%的靈感是最重要的，甚

3、至比那99%的汗水都要重要。 -愛迪生（1）d特征百分數(shù)過渡金屬電子有兩類軌道：成鍵軌道（由外層s、p、d軌道雜化而成）與非鍵軌道（原子軌道）d特征百分數(shù)：成鍵軌道中d所占的百分率，d特征百分數(shù)越大，d帶中空穴越小，吸附越弱金屬加氫催化劑：d特征百分數(shù)在40%50%為佳Rh Pd Pt Ni Fe Ta（2）未成對電子數(shù)過渡金屬和靠近過渡金屬的某些金屬，催化活性常與d軌道的填充情況密切相關Fe=2.2 (d空穴)，鈷（1.7) 鎳(0.6) 合成氨中需三個電子轉(zhuǎn)移，因此采用Fe比較合適。加氫過程，吸附中心的電子轉(zhuǎn)移為1。對Pt（0.55) Pd(0.6)來說更適合加氫。（3）半導體費米能級和逃

4、出功n型半導體：電子導電P型半導體：空穴導電費米能級Ef是表示半導體中電子的平均能量逃出功：把1個電子從半導體內(nèi)部拉到外部變成自由電子所需的最低能量。從費米能級到導帶頂?shù)哪芰坎顬樘映龉κ┲麟s質(zhì)提高了費米能級，使逃出功變小受主雜質(zhì)降低了費米能級，使逃出功變大由半導體的費米能級和逃出功來判斷電子得失的難易程度，進而了解適合于何種反應。（4）晶體場、配位場理論2. 基于催化反應的經(jīng)驗規(guī)律（1）活性模型法前人已對某一類催化反應提出不同催化劑所顯示的活性呈現(xiàn)規(guī)律性變化。加氫/脫氫氧化（2）從吸附熱推斷如果反應氣體分子在固體表面上吸附很強，它不會被取代，不能和別的分子反應；如果吸附很弱，或是停留時間過分短

5、暫，都不利于催化反應。因此，對于反應分子具有中等強度吸附的固體表面具有良好的催化活性。3. 基于反應物分子活化模式的考慮（1）H2分子的活化包括均勻解離和非均勻解離兩種模式（2）O2分子的活化非解離活化：O2-解離活化：O2-、O-（3）CO分子的活化M與CO形成-鍵合，削弱CO的三鍵Pd、Pt、Rh存在金屬反饋電子，活化COMo、W、Fe等對CO的吸附親和力強，即使在常溫下也能將CO解離吸附活化（4）飽和烴分子的活化金屬超強酸型金屬氧化物H-被拔出（5）不飽和烴分子的活化酸性催化劑堿性催化劑4. 實例丙烯脫氫環(huán)化生成苯催化劑設計Sn2+/Sn4+、 Ti+/Ti3+、Pb2+/Pb4+、 B

6、i3+/Bi5+、In+/In3+助催化劑的選擇與設計1. 助催化劑的種類和功能（1）助催化劑助催化劑是負責調(diào)變主要組分的催化性能，自身沒有活性或只有很低活性的物質(zhì)。加入助劑后，催化劑在化學組成、所含離子價態(tài)、酸堿性、結晶結構、表面構造、孔結構、分散狀態(tài)、機械強度等各方面可能發(fā)生變化，由此影響催化劑的活性、選擇性以及壽命。一般說，助劑用量少（ 200 nm 800 oC以下4. 催化反應的結構敏感性和非敏感性催化反應對催化劑表面相的結構是否敏感？催化原理第十章 固體催化劑的制備高慶生化學樓205, 85226506Email: 催化劑制備的流程由于多相催化與均相催化作用不同，特別是氣固催化作用，催化劑用在異相催化反應中，要求固體催化劑具有復雜的化學組成和特殊的物理結構，這導致制備技術的復雜化，需要尋找各種各樣的制備方法和一連串的操作工序。常用的制備方法天然資