催化劑設(shè)計與催化機理 – 新典化學(xué)材料(上海)有限公司 http://www.nzsht.cn Tue, 21 Jun 2022 05:21:56 +0000 zh-CN hourly 1 https://wordpress.org/?v=6.1.7 http://www.nzsht.cn/wp-content/uploads/2016/06/favicon.png 催化劑設(shè)計與催化機理 – 新典化學(xué)材料(上海)有限公司 http://www.nzsht.cn 32 32 催化劑設(shè)計與催化機理 http://www.nzsht.cn/archives/4828 http://www.nzsht.cn/archives/4828#respond Tue, 21 Jun 2022 05:20:07 +0000 http://www.nzsht.cn/?p=4828 方案簡介

催化是研究化學(xué)反應(yīng)的能壘和速率受到其他物質(zhì)影響的學(xué)科。通常在異相催化過程中,催化底物(反應(yīng)物)是在催化劑的表面上發(fā)生反應(yīng)的,這其中涉及了一系列吸附、輸運、化學(xué)反應(yīng)、脫附等過程。催化研究通常包含以下的內(nèi)容:

1.催化劑的結(jié)構(gòu),尤其是表面結(jié)構(gòu);

2.底物在催化劑表面的物理吸附、化學(xué)吸附以及擴散過程;

3.催化劑、底物和吸附結(jié)構(gòu)的譜學(xué)表征;

4.催化劑的活性和選擇性的評估,這主要涉及反應(yīng)機理的可靠驗證。

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吸附的熱力學(xué)和動力學(xué)

1.催化劑的結(jié)構(gòu),尤其是表面結(jié)構(gòu)

2.底物在催化劑表面的物理吸附、化學(xué)吸附以及擴散過程

3.在化學(xué)反應(yīng)時間和空間尺度范圍內(nèi)研究擴散和結(jié)構(gòu)變化

譜學(xué)表征

1.催化劑、底物和吸附結(jié)構(gòu)的譜學(xué)模擬,并與實驗進行對照,更好的進行結(jié)構(gòu)解析

2.模擬分子、塊體、吸附結(jié)構(gòu)等的紫外可見光譜、紅外光譜、拉曼光譜、核磁共振譜等

 

反應(yīng)機理研究和速率估算

1.搜索可能的反應(yīng)路徑,觀察、研究反應(yīng)過程

2.反應(yīng)速率研究工具,可以根據(jù)勢壘直接估算反應(yīng)速率

3.使用基于力場的分子動力學(xué),探索未知反應(yīng)

 

催化劑活性評估

1.反應(yīng)機理可靠性驗證

2.催化劑的活性和選擇性的評估

特殊催化體系

1.電催化。使用獨特的模型可以在電場存在的情況下研究金屬電極表面的反應(yīng)機理,預(yù)測催化活性

2.光催化。研究表面能級和催化底物能級之間的排列,以及它們之間的電荷轉(zhuǎn)移可能性,探索光催化機理

 

催化反應(yīng)特征

催化反應(yīng)有四個基本特征,可以根據(jù)定義導(dǎo)出,對了解催化劑的功能很重要。

1、催化劑只能加速熱力學(xué)上可以進行的反應(yīng)。要求開發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)催化劑時,首先要對反應(yīng)進行熱力學(xué)分析,看它是否是熱力學(xué)上可行的反應(yīng)。

2、催化劑只能加速反應(yīng)趨于平衡,不能改變反應(yīng)的平衡位置(平衡常數(shù))。

3、催化劑對反應(yīng)具有選擇性,當(dāng)反應(yīng)可能有一個以上不同方向時,催化劑僅加速其中一種,促進反應(yīng)速率和選擇性是統(tǒng)一的。

4、催化劑的壽命。催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率,在理想情況下催化劑不為反應(yīng)所改變。但在實際反應(yīng)過程中,催化劑長期受熱和化學(xué)作用,也會發(fā)生一些不可逆的物理化學(xué)變化。

根據(jù)催化劑的定義和特征分析,有三種重要的催化劑指標:活性、選擇性、穩(wěn)定性。

 

 

催化劑組成

絕大多數(shù)催化劑有三類可以區(qū)分的組分:活性組分、載體、助催化劑。

活性組分

活性組分是催化劑的主要成分,有時由一種物質(zhì)組成,有時由多種物質(zhì)組成。

活性組分分類:

類別 導(dǎo)電性(反應(yīng)類型) 催化反應(yīng)舉例
金屬 導(dǎo)電體(氧化反應(yīng),還原反應(yīng)) 選擇性加氫;選擇性氫解;選擇性氧化
過渡金屬氧化物、硫化物 半導(dǎo)體(氧化還原) 選擇性加氫、脫氫;氫解;氧化
非過渡元素氧化物 絕緣體(碳離子反應(yīng),酸堿反應(yīng)) 聚合、異構(gòu);裂化;脫水

 

載體

載體是催化活性組分的分散劑、黏合劑或支撐體,是負載活性組分的骨架。將活性組分、助催化劑組分負載于載體上所制得的催化劑成為負載型催化劑。

常用載體的類型:低比表面積的有:剛玉、碳化硅、浮石、硅藻土、石棉、耐火磚;高比表面積的有:氧化鋁、SiO2-Al2O3、鐵礬土、白土、氧化鎂、硅膠、活性炭。

助催化劑

助催化劑是加入到催化劑中的少量物質(zhì),是催化劑的輔助成分,其本身沒有活性或者活性很小,但是它們加入到催化劑中后,可以改變催化劑的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、離子價態(tài)、酸堿性、晶格結(jié)構(gòu)、表面結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)、機械強度等,從而提高催化劑的活性、選擇性、穩(wěn)定性和壽命。

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