固体催化剂制备原理与技术

1.催化剂的发展离不开催化新材料的开发，例如非晶态材料、纳米材料和介孔分子筛的合成和大量的应用实践。同时，催化科学还有催化剂表征技术的发展。

2.非晶态材料：非晶态材料也叫无定形或玻璃态材料, 这是一大类刚性固体,具有和晶态物质可相比较的高硬度和高粘滞系数。

普通玻璃是固体吗？你一定会说，当然是固体。其实，它不是处于固态（结晶态）。对这一点，你一定会奇怪。

这是因为玻璃与晶体有不同的性质和内部结构。

你可以做一个实验，将玻璃放在火中加热，随温度逐渐升高，它先变软，然后逐步地熔化。也就是说玻璃没有一个固定的熔点。此外，它的物理性质也“各向同性”。这些都与晶体不同。

经过研究，玻璃内部结构没有“空间点阵”特点，而与液态的结构类似。只不过“类晶区”彼此不能移动，造成玻璃没有流动性。我们将这种状态称为“非晶态”。严格地说，“非晶态固体”不属于固体，因为固体专指晶体；它可以看作一种极粘稠的液体。因此，“非晶态”可以作为另一种物态提出来。

除普通玻璃外，“非晶态”固体还很多，常见的有橡胶、石蜡、天然树脂、沥青和高分子塑料等。

纳米材料：纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10~100个原子紧密排列在一起的尺度。

介孔分子筛：介孔材料是一种孔径介于微孔与大孔之间的具有巨大表面积和三维孔道结构的新型材料。介孔材料的研究和开发对于理论研究和实际生产都具有重要意义。

它具有其它多孔材料所不具有的优异特性：具有高度有序的孔道结构；孔径单一分布，且孔径尺寸可在较宽范围变化；介孔形状多样，孔壁组成和性质可调控；通过优化合成条件可以得到高热稳定性和水热稳定性。它的诱人之处还在于其在催化，吸附，分离及光，电，磁等许多领域的潜在应用价值。

3.催化剂颗粒三重结构：crystal（晶体，可以使无孔或有规则孔道的）→grain（晶粒，若干晶体组成）→particle（颗粒）

4.固体催化剂的分类：所催化的反应物质一般是流体（液体或气体），与反应物不处于同一相中，因此为非均相催化剂。区别于均相催化剂（催化剂与反应物处于同一相）

第二章金属氧化物类

绝大多数固体催化剂都是通过溶液制备的。对溶液来说，溶质的结晶与温度和溶质的浓度有关。结晶→过饱和。

过饱和区中，沉淀成粒子分两步：成核、晶粒生长。

沉淀法，氢氧化物和碳酸盐是比较理想的沉淀物。因为1.过渡金属的这些盐类的溶解度很低，能达到很高的过饱和度，是沉淀获得的粒子比较细2.用加热的方法可以使之很容易分解得到对应高表面积氧化物而没有留下毒物（硫酸盐分解

的硫就是催化剂的毒物）3.氢氧化物和碳酸盐分解产生的安全和环境问题是最小的。

沸石（zeolite）是一种矿石，最早发现于1756年。瑞典的矿物学家克朗斯提（Cronstedt）发现有一类天然硅铝酸盐矿石在灼烧时会产生沸腾现象，因此命名为“沸石”（瑞典文zeolit）。在希腊文中意为“沸腾”（zeo）的“石头”（lithos）。

沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合数，x和y是整数。沸石分子筛活化后，水分子被除去，余下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。

水热法是19 世纪中叶地质学家模拟自然界成矿作用而开始研究的。1900 年后科学家们建立了水热合成理论，以后又开始转向功能材料的研究。目前用水热法已制备出百余种晶体。水热法又称热液法，属液相化学法的范畴。是指在密封的压力容器中，以水为溶剂,在高温高压的条件下进行的化学反应。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。其中水热结晶用得最多。

水热结晶主要是溶解———再结晶机理。首先营养料在水热介质里溶解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有籽晶的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。