催化剂的组成与功能

催化剂的组成与功能

催化剂的组成：活性组分

载体

助催化剂

催化剂组分与功能关系：

一、活性组分

它是催化剂的主要组分，有时由一种物质组成，有时由多种物质组成

如：乙烯氧化制环氧乙烷的银催化剂；丙烯氨氧化制丙烯腈用的钼和铋催化剂

活性组分的分类:

二、载体

载体是催化剂活性组分的分散剂、粘合剂和支撑物，是负载活性组分的骨架。

例如，乙烯氧化制环氧乙烷催化剂中的Ag就是负载在“α—Al2O3上的，这里的α—Al2O 3称为载体。

载体还常分为惰性载体与活性载体。严格来说，催化剂中的组分都不是惰性的，都对主剂与助剂有所影响，只不过活性载体的作用更为明显而已。

载体的作用与助催化剂的作用在很多方面有类似之处，不同的是载体量大，助催化剂量小；前者作用较缓和，后者较明显。另外，由于载体量大，可赋予催化剂以基本的物理结构与性能，如孔结构、比表面、宏观外形、机械强度等。此外，对主催化剂和助催化剂起分散作用，尤其对贵金属既可减少其用量，又可提高其活性，降低催化剂成本。作为高效催化剂，活

性组分与裁体的选择都非常重要。

下面是载体的分类和部分常见载体的种类：

催化剂的活性随载体比表面的增加而增加，为获得较高的活性，往往将活性组分负载于大比表面载体上。

载体与催化剂的活性、选择性、热稳定性、机械强度以及催化过程的传递特性有关，因此，在筛选和制造优良的催化剂时，需要弄清载体的物理性质和它的功能。

催化剂组分与含量的表示方法：例如：合成氨催化剂Fe—K2O—Al2O3用“—’将催化剂中的各组分隔开：加氢脱硫催化剂Co—Mo/α—Al2O3，斜线上为主剂和助剂，斜线下为载体。各组分的含量可用重量％、重量比表示，也可用原子％、原子比表示。

载体的功能：

⏹提供有效的表面和适宜的孔结构

⏹增强催化剂的机械强度

⏹改善催化剂的传导性

⏹减少活性组分的含量

⏹载体提供附加的活性中心

⏹活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用

理想的催化剂载体应具备的特性

能适应某一特定反应的外形；

有足够的抗破碎强度；

有足够的反应表面和合适的孔结构；

有足够的稳定性，包括活性稳定性与热稳定性；

导热、热容量及堆密度适中；

不含使催化剂中毒的物质；

原料易得，载体制备过程简便。

三、助催化剂

定义：加入少量的某种物质，可以显著改善催化剂效能，包括活性，选择性与稳定性和寿命等。

它是通过改变催化剂的化学组成、化学结构、离子价态、酸碱性、晶格结构、表面结构、孔结构、分散状态、机械强度等来

提高催化剂的性能。

助催化剂的分类：

（1）结构型助催化剂

（2）电子型助催化剂：

（3）晶格缺陷型助催化剂：使活性物质晶面的原子排列无序化，增大晶格缺陷浓度来提高催化剂的催化活性。

第（2）、（3）类也合称为调变性助催化剂

结构型助催化剂：

作用：提高活性组分的分散性和热稳定性。

原理：能使催化活性物质粒度变小、表面积增大，防止或延缓因烧结而降低活性等，工业催化过程通常在几百度的条件下进行，本来不稳定的微晶容易烧结，因而导致催化剂的活性下降。而助催化剂的加入可以阻止或减缓微晶的增长速度，从而延长催化剂的使用期限。例如：合成氨的铁催化剂，加入少量的Al2O3电子型助催化剂：

作用：改变催化剂活性物质的结构和化学组成，促进催化活性选择性。

原理：催化剂活性组分的空d轨道能接受助催化剂提供的电子，改变了活性组分的电子结构，提高了催化剂的活性和选择性；可能生成新的晶相，或者也可能产生或增多催化剂中晶相或微晶间活性界面的数目。从而提高活性或选择性。

例如：Fe－Al2O3中加入K2O

常见助催化剂举例：