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文章简介:

• 1、贵金属催化剂的分类及应用
• 2、什么是贵金属催化剂
• 3、什么是均相催化剂和非均向催化剂
• 4、贵金属催化剂的介绍
• 5、均相催化剂和多相催化剂有哪些优缺点？及其异同之处有哪些
• 6、贵金属催化剂的组成及制备方法

贵金属催化剂的分类及应用

按催化反应类别，贵金属催化剂可分为均相催化用和多相催化用两大类。均相催化用催化剂通常为可溶性化合物(盐或络合物)，如氯化钯、氯化铑、醋酸钯、羰基铑、三苯膦羰基铑等。多相催化用催化剂为不溶性固体物，其主要形态为金属丝网态和多孔无机载体负载金属态。金属丝网催化剂(如铂网、银网)的应用范围及用量有限。绝大多数多相催化剂为载体负载贵金属型，如Pt/A12O3、Pd/C、Ag/Al2O3、Rh/SiO2、Pt-Pd/Al2O3、Pt-Rh/Al2O3等。在全部催化反应过程中，多相催化反应占80%～90%。按载体的形状，负载型催化剂又可分为微粒状、球状、柱状及蜂窝状。按催化剂的主要活性金属分类，常用的有：银催化剂、铂催化剂、钯催化剂和铑催化剂。贵金属催化剂以其优良的活性、选择性及稳定性而倍受重视，广泛用于加氢、脱氢、氧化、还原、异构化、芳构化、裂化、合成等反应，在化工、石油精制、石油化学、医药、环保及新能源等领域起着非常重要的作用。

什么是贵金属催化剂

贵金属催化剂已经有很长的历史了，它的工业应用可以追溯到19世纪的70年代，以铂为催化剂的接触法制造硫酸的工业。1913年，铂网催化剂用于氨氧化制硝酸；1937年Ag/Al2O3催化剂用于乙烯氧化制环氧乙烷；1949年，Pt/Al2O3催化剂用于石油重整生产高品质汽油；1959年，PdCl2-CuCl2催化剂用于乙烯氧化制乙醛；到上世纪60年代末，又出现了甲醇低压羰基合成醋酸用铑络合物催化剂。从上世纪70年代起，汽车排气净化用贵金属催化剂（以铂为主，辅以钯、铑）大量推广应用，并很快发展为用量最大的贵金属催化剂。 贵金属催化剂的英文名称是precious metal catalyst，它主要是以铂族金属（Platinum Group Metal ）为主的铂（Pt）、钯（Pd）、钌（Ru）、铑（Rh）、铱（Ir）、锇（Os）等为催化活性组分的载体类非均相催化剂和铂族金属无机化合物或有机金属配合物组成的各类均相催化剂。铂族金属由于其d电子轨道都未填满，表面易吸附反应物，且强度适中，利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性，同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性，成为最重要的催化剂材料。 按催化剂的主要活性金属分类，常用的有：铂催化剂、钯催化剂和铑催化剂、钌催化剂等。贵金属催化剂由于其无可替代的催化活性和选择性，在石油、化工、医药、农药、食品、环保、能源、电子等领域中占有极其重要的地位。在石油和化学工业中的氢化还原、氧化脱氢、催化重整、氢化裂解、加氢脱硫、还原胺化、调聚、偶联、歧化、扩环、环化、羰基化、甲酰化、脱氯以及不对称合成等反应中，贵金属均是优良的催化剂。 在环保领域贵金属催化剂被广泛应用于汽车尾气净化、有机物催化燃烧、CO、NO氧化等。在新能源方面，贵金属催化剂是新型燃料电池开发中最关键的部分。 在电子、化工等领域贵金属催化剂被用于气体净化、提纯。催化技术是当今高新技术之一，也是能产生巨大经济效益和社会效益的技术。发达国家国民经济总产值的20%~30%直接来自催化剂和催化反应。化工产品生产过程中85%以上的反应都是在催化剂作用下进行的。 据分析表明，世界上70%的铑、40%的铂和50%的钯都应用于催化剂的制备。 我相信，在不久的未来贵金属催化剂在化学新领域的研究和开发中会有着越来越广泛的应用前景。

什么是均相催化剂和非均向催化剂

催化剂加快反应速率的原因与温度对反应速率的影响是根本不同的.催化剂可以改变反应的路线,降低反应的活化能,使反应物分子中活化分子的百分数增大,反应速率加快.

催化作用可分为均相催化和非均相催化两种.如果催化剂和反应物同处于气态或液态,即为均相催化.若催化剂为固态物质,反应物是气态或液态时,即称为非均相催化.

在均相催化中,催化剂跟反应物分子或离子通常结合形成不稳定的中间物即活化络合物.这一过程的活化能通常比较低,因此反应速率快,然后中间物又跟另一反应物迅速作用(活化能也较低)生成最终产物,并再生出催化剂.该过程可表示为：

A＋B=AB(慢) A＋C=AC(快) AC＋B=AB＋C(快)

式中A、B为反应物,AB为产物,C为催化剂.

由于反应的途径发生了改变,将一步进行的反应分为两步进行,两步反应的活化能之和也远比一步反应的低.该理论被称为“中间产物理论”.

在非均相催化过程中,催化剂是固体物质,固体催化剂的表面存在一些能吸附反应物分子的特别活跃中心,称为活化中心.反应物在催化剂表面的活性中心形成不稳定的中间化合物,从而降低了原反应的活化能,使反应能迅速进行.催化剂表面积越大,其催化活性越高.因此催化剂通常被做成细颗粒状或将其附载在多孔载体上.许多工业生产中都使用了这种非均相催化剂,如石油裂化,合成氨等,使用大量的金属氧化物固体催化剂.该理论称为“活化中心理论”.

催化剂可以同样程度地加快正、逆反应的速率,不能使化学平衡移动,不能改变反应物的转化率.

请注意加快逆反应也就是减慢反应速率,这种催化剂也叫负催化剂!

贵金属催化剂的介绍

贵金属催化剂(precious metal catalyst)一种能改变化学反应速度而本身又不参与反应最终产物的贵金属材料。几乎所有的贵金属都可用作催化剂，但常用的是铂、钯、铑、银、钌等，其中尤以铂、铑应用最广。它们的d电子轨道都未填满，表面易吸附反应物，且强度适中，利于形成中间“活性化合物”，具有较高的催化活性，同时还具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀等综合优良特性，成为最重要的催化剂材料。

均相催化剂和多相催化剂有哪些优缺点？及其异同之处有哪些

1.活性高;2.选择性好:3.可以从分子水平分析催化机理.

补充：

均相催化顾名思义既是底物与催化剂同时存在于同一体系中（比如说溶液），由于接触面大、催化剂反应利用率高，一般具有较好的催化效果。多相催化一般既是底物与催化剂之间存在相界面，一般通过均相催化剂多相化（比如吸附、固载、键合于高分子树脂链、水-有机两相反应等）方法或者直接使用多相催化剂而在反应结束后可以分离底物产物混合物与催化剂本身，实现催化剂的循环回收利用，可以有效减少工业化生产的成本。但是均相催化剂多相化一直是应用化学的难点，因为均相催化与多相催化机理相似，但本质上差异很大，均相催化剂无论使用哪种方法多相化后其化学微环境仍然会发生改变，使得催化活性和选择性有所降低，同时如何使均相催化剂多相化后得以稳定也是该研究方向遇到的重要问题，即防止催化剂活性组分重新溶解与体系中，而产生催化剂的流失。现在多相催化效果较好的更多的还是原先就以多相催化方式存在的一些催化剂，均相催化剂在多相化后其活性和选择性难以再现，更受赞同的是微剂量催化方法，即使用一亿分之一等非常微小的催化剂用量直接进行均相反应，在高活性高选择性的反应结束后不再进行分离，ppm甚至ppb级别的残留已经符合产物纯度标准，而催化剂由于用量少成本微乎其微了。

贵金属催化剂的组成及制备方法

均相催化剂的组成较单纯，通常为某种化合物。多相催化用负载型催化剂的组成较复杂，通常由活性金属组分、助催化剂及载体组成。助催化剂是添加到催化剂中的少量物质，它本身无活性或活性很小，但能改善催化剂的性能。载体是催化剂活性组分的分散剂或支持物。载体的主要作用是增加催化剂的有效表面，提供合适的孔结构，保证足够的机械强度和热稳定性。常用的催化剂载体有Al2O3、SiO2，多孔陶瓷、活性炭等。不同类型的催化剂有不同的制备方法。均相催化用催化剂的制备主要是用化学法获得所需化合物及有机络合物。多相催化用无载体催化剂(如Pt-Rh网)的制备是先用火法熔炼制成合金，然后经拉丝、织网而成。载体催化剂的制备较为复杂，一般是将载体原料经配料、成形、烧成等工艺过程加工成一定形状(如球状、柱状、蜂窝状)，然后用浸渍法加载贵金属活性组分及助催化剂，最后经还原焙烧而成。