催化剂:催化剂又称触媒,是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能的物质。在化学反应里能改变(加快或减慢)其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后(反应过程中会改变)都没有发生变化的物质叫做催化剂。催化剂种类繁多,按状态可分为液体催化剂和固体催化剂;按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂;可作用于植物,使植物加快生长(既能提高也能降低);催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化;它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样,具有高度的选择性(或专一性)。一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用。贵金属催化剂催化燃烧挥发性有机物。南昌实验室贵金属均相催化剂研究进展
贵金属催化剂行业发展挑战:(1)复合型人才相对来说是比较匮乏,贵金属催化剂生产需要大量复合型人才,特别是有色金属和化工行业复合性专业人才方面,既需要有丰富的理论知识储备,也需要丰富实践生产经验。(2)国内企业的生产研发技术水平相对落后,我国贵金属催化剂生产企业起步较晚,行业发展时间较短,国内企业普遍在贵金属催化剂研发经费上投入不足,在、自主知识产权研发、专有技术研发上与国外同行相比仍有较大差距,技术上处于追赶国际催化剂企业的过程中。(3)企业规模普遍较小,资金实力相对偏弱,目前,美欧等发达国家的贵金属跨国公司或大型催化剂生产商,几乎垄断了全球贵金属催化剂市场,其产品种类繁多,应用范围几乎涉及各种领域。而我国贵金属催化剂生产企业相比国际大型企业,资金实力相对偏弱,设备相对落后,生产规模较小,总体竞争实力不如国际大型企业。合肥高纯度贵金属均相催化剂研究进展甲醇羰化合成乙酸是均相络合催化的又一大成就,体现了均相催化的发展。
贵金属催化剂主要性能指标:(1)活性。是衡量催化剂效能大小的标准。工业上通常以单位体积(或重量)催化剂在一定条件下,单位时间内所得到的产品数量来表示。(2)选择性。是指催化剂作用的专一性,即在一定条件下,某一催化剂只对某一化学反应起加速作用。选择性通常以反应后所得指望产物的克分子数与参加反应的原料克分子数之比的百分数表示。(3)稳定性。是指催化剂在使用过程中保持其活性及选择性不变的能力,通常以使用寿命来表示。催化剂的良好性能不单取决于活性金属的固有特性(原子的电子结构等),而且取决于其结晶构造、粒子大小、比表面积、孔结构及分散状态等因素。此外,助催化剂及载体对催化剂的性能也有重要影响。
双组分贵金属催化剂:单组分贵金属催化剂中添加另一贵金属组分,可促进电子的流动和表面氧的生成,影响颗粒粒径和电子结构,展现了比单组分贵金属催化剂更优异的催化活性。例如,Fu等在180℃下,用Pt-Pd/MCM-41双组分贵金属催化剂实现了对甲苯的完全氧化,该结果优于同等贵金属含量的单组分催化剂(Pt/MCM-41和Pd/MCM-41),分析显示,该催化剂具有较高的表面Pt0含量和双金属协同作用导致的微小金属颗粒。Guo等的研究结果显示,Pt-Pd/TiOx比Pd/TiOx催化剂拥有更多的吸附氧物种,更有利于中间产物和吸附氧的输送,从而加快氧化反应速率,提升催化活性。稀土元素的加入能够影响贵金属原子表面的电荷转移,进一步提升氧化还原能力,其中,CeO2在氧化还原过程中可快速实现Ce3+/Ce4+的转变,常被用作催化助剂。Zuo等研究显示,在高岭土/NaY负载的Pd-Pt催化剂中加入Ce后,氧物种的数目增加,吸附氧溢流效应更加,该催化剂对苯催化燃烧的T90为205℃,显示出较好的催化反应活性。贵金属催化剂的研究历史已经有几十年。
贵金属催化剂的颜色有黄色的和黑色的。氧化态催化剂为黄色,颜色深浅与催化剂的制备技术、贵金属种类、含量有关。还原态催化剂为黑色,颜色深浅也与与催化剂的制备技术、贵金属种类、含量有关。在贵金属催化剂中通常添加稀土元素,以提高催化剂性能。由于贵金属价格昂贵,如何提高催化剂性能,同时降低贵金属含量一直是贵金属催化剂研发的重点。贵金属催化剂多方面用于各种有机废气的处理,如漆包线、彩钢线、各类涂装线、金属包装、喷漆、印刷、化工、制药、煤化工等领域。当催化剂中贵金属含量较高时,催化剂对几乎所有的有机物有很好的催化剂性能,而且很重要的是贵金属催化剂性能稳定高,耐热性能高,使用寿命长。贵金属催化剂不会改变化学反应方向,但是能够加速化学反应速率,而且能够提高其反应速度。南昌实验室贵金属均相催化剂研究进展
固载化方法是将活性组分金属原子锚定在这些离聚物上。南昌实验室贵金属均相催化剂研究进展
均相催化作用:在均相反应中,催化剂和反应物处于同一相中,一般发生在液体状态中。催化剂可与反应物生成中间体,使反应机理转变为另一个拥有较低活化能的新机理,故反应速率得以提升。均相催化是催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化作用。有液相和气相均相催化。液态酸碱催化剂,可溶性过渡金属化合物催化剂和碘、一氧化氮等气态分子催化剂的催化属于这一类。均相催化剂的活性中心比较均一,选择性较高,副反应较少,易于用光谱、波谱、同位素示踪等方法来研究催化剂的作用,反应动力学一般不复杂。但均相催化剂有难以分离、回收和再生的缺点。南昌实验室贵金属均相催化剂研究进展
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