催化作用与催化剂解析
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常见的几种表示催化活性的方法
• 转化频率 (Turnover frequency TOF) • 转化率 (Conversion) • 反应速率 (Reaction rate) • 活化能 (Activation energy) • 反应温度 (Reaction temperature)
转换频率 (Turnover frequency TOF)
催化剂
载体： 高熔点氧化物 粘土、炭 功能： 高表面、多孔性、 稳定性、双功能、 活性组分的调变。
助催化剂： 金属、非金属等。 功能： 1、载体：结构、活性阻抑、活性促进。
2、活性组分：电子的、形态的、中毒。
2、载体
（1）定义
催化剂活性组分的分散剂，粘合物或支撑体，是负载
催化剂活性组分的骨架
负载型催化剂 ：
0.2~0.3 0.5~0.9
0.25 0.3~0.5
0.3 0.4~4.0 0.3~2.0
➢ 高熔点载体
类别 碱性
两性
氧化物 MgO CaO Ca2SiO4 BaO Ca3SiO5 ThO2 ZrO2 CeO2 Cr2O3 La2O3
溶点/ ℃ 3073 2853 2407 2196 2173 2323 2988 2873 2708 2588
定义：单位时间内每个活性中心转化的分子数，虽然这 个表示方法很科学，但测定起来却不容易。
活性中心（部位，sites)---固体催化剂，其表面化学性质 和物理性质不同。
活性中心的测定： 金属催化剂---利用选择性化学吸附 酸性催化剂---用吸附碱性分子
转化率 (Conversion )
反应物转化量占引入的反应物总量的百分数
重整Cat 加入氯化物离子，额外加强酸性
（2）帮助活性组分
➢ 结构型： 改变催化剂的结构
合成氨催化剂 Fe - Al2O3 - K2O
Al2O3作用： ① 在N2的氛围下，帮助形成Fe（III）晶面
Fe（111）比Fe（110）活性高440倍 。 ② 与活性铁形成了固熔体，阻止铁烧结 。 ③ 使活性组分细小颗粒被间隔。
助催化剂 SiO2, ZrO2, P
K2O HCl MgO Pt 稀土离子 Pd Re Ni , Co
K ZnO
功能 改进热稳定性 毒化结焦部位 增加酸位 阻滞活性组份烧结 增加CO氧化 增加酸性和热稳定性 增加加氢 减少氢解和烧结 增加C-S和C-N的氢解 加快炭的除去 减少Cu的烧结
2.3 对工业催化剂的要求 估量一个催化剂价值的四个重要因素
硅藻土
2~30
石棉
1~16
耐火砖
<1
比孔容 （ml/g）
0.33~0.45 0.4
—
0.5~6.1
— —
载体
高比表面 氧化铝
SiO2/Al2O3
铁矾土 白土
氧化镁 硅胶
活性炭
比表面 （㎡/g）
100~200 350~600
150 150~280 30~140 400~800
1000-3000
比孔容 （ml/g）
某反应物的转化总量 某反应物的初始量
是常用的比较催化剂活性的参量。转化率越高，催化剂的 活性越大。 在用转化率比较不同催化剂的催化活性时，要求反应温度、 压力、原料气浓度和停留时间都相同。
反应速率 (Reaction rate)
• 反应速率表示反应快慢，一般有三种表示方法。 – 以催化剂重量为基淮 – 以催化剂体积为基准 – 以催化剂表面积为基准
第二章 催化作用与催化剂
2.1 催化作用的定义与特征 一、定义
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。
催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却 不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中 不被明显地消耗的化学物质。
催化作用是指催化剂对化学反应所施加的作用。具体 地说，催化作用是催化剂活性中心对反应物分子的激 发与活化，使后者以很高的反应性能进行反应。
类别 两性 中性
酸性
氧化物
α-Al2O3 TiO2
MgAl2O4 MgCr2O4 ZnCr2O4 ZnAl2O4 CaSiO3 γ-Al2O3
SiO2 SiO2-Al2O3
溶点/ ℃ 2318 2113 2408 2300 2173 2100 1813 2318 1973 1818
3、助催化剂
是催化剂的辅助成分，可以得到所期望的活性、
➢ 调变形
改变其电子因素（d 带空穴数、导电率、电子逸出功） 和几何因素 作用：
① 使活性物微晶形成晶格缺陷 ② 产生新的晶相，具有不同的催化性质
③ 产生或增多Cat中晶相间和微晶间的活性界面数目
（3）一些主要过程常用助Cat和其功能
催化剂
Al2O3
SiO2-Al2O3 沸石 Pt/Al2O3 MoO3/Al2O3 Ni/陶制载体 Cu-ZnO-Al2O3
选择性和稳定性
（1）帮助载体
控制载体的稳定性
பைடு நூலகம்
γ- Al2O3
900℃ α-Al2O3 （表面积变小） 低温下 三年也有显著变化
加入SiO2 或 ZrO2 （1~ 2%） γ-Al2O3 相变温度提高，避免长期积累的变化
抑制不希望的活性
防止Cat 积炭 ： 加入少量K2O（碱性组分）毒化酸中心
双功能催化剂 ：
将活性组分、助催化剂组分负载于载体上，所制得的
催化剂
① 乙烯 — 环乙烷 Ag /α－Al2O3
② 丙烯气相氧化丙烯醛反应
反应特点： 丙烯
[O] Cat
丙烯醛
对Cat要求： 提供足够表面；
具有气体分子输送的粗孔道
(2) 分类
常用载体类型
载体 低比表面
比表面 （㎡/g）
刚玉
0~1
碳化硅
<1
浮石
0.04~1
2.2 催化剂的组成与功能
催化剂的组成
活性组份
载体
助催化剂
实例
一、催化剂组成（固体Cat）
活性组分 (active components) 载体 ( support or carrier) 助催化剂 (promoter)
三者关系
活性组分： 金属 半导体氧化物或硫化物 绝缘体氧化物或硫化物 功能：活性
活性
活性
选择性
寿命
催化剂的性能
稳定性
流动性
一、估量一个催化剂价值的四个重要因素 催化活性 （catalytic activity） 选择性 （ selectivity） 寿命 （lifetime） 经济性 （cost）
1、催化活性
反映催化剂转化反应物能力的大小，表示催化剂加 快化学反应速率程度的一种度量。这种能力大，活性就高， 否则，活性就低。
• 转化频率 (Turnover frequency TOF) • 转化率 (Conversion) • 反应速率 (Reaction rate) • 活化能 (Activation energy) • 反应温度 (Reaction temperature)
转换频率 (Turnover frequency TOF)
催化剂
载体： 高熔点氧化物 粘土、炭 功能： 高表面、多孔性、 稳定性、双功能、 活性组分的调变。
助催化剂： 金属、非金属等。 功能： 1、载体：结构、活性阻抑、活性促进。
2、活性组分：电子的、形态的、中毒。
2、载体
（1）定义
催化剂活性组分的分散剂，粘合物或支撑体，是负载
催化剂活性组分的骨架
负载型催化剂 ：
0.2~0.3 0.5~0.9
0.25 0.3~0.5
0.3 0.4~4.0 0.3~2.0
➢ 高熔点载体
类别 碱性
两性
氧化物 MgO CaO Ca2SiO4 BaO Ca3SiO5 ThO2 ZrO2 CeO2 Cr2O3 La2O3
溶点/ ℃ 3073 2853 2407 2196 2173 2323 2988 2873 2708 2588
定义：单位时间内每个活性中心转化的分子数，虽然这 个表示方法很科学，但测定起来却不容易。
活性中心（部位，sites)---固体催化剂，其表面化学性质 和物理性质不同。
活性中心的测定： 金属催化剂---利用选择性化学吸附 酸性催化剂---用吸附碱性分子
转化率 (Conversion )
反应物转化量占引入的反应物总量的百分数
重整Cat 加入氯化物离子，额外加强酸性
（2）帮助活性组分
➢ 结构型： 改变催化剂的结构
合成氨催化剂 Fe - Al2O3 - K2O
Al2O3作用： ① 在N2的氛围下，帮助形成Fe（III）晶面
Fe（111）比Fe（110）活性高440倍 。 ② 与活性铁形成了固熔体，阻止铁烧结 。 ③ 使活性组分细小颗粒被间隔。
助催化剂 SiO2, ZrO2, P
K2O HCl MgO Pt 稀土离子 Pd Re Ni , Co
K ZnO
功能 改进热稳定性 毒化结焦部位 增加酸位 阻滞活性组份烧结 增加CO氧化 增加酸性和热稳定性 增加加氢 减少氢解和烧结 增加C-S和C-N的氢解 加快炭的除去 减少Cu的烧结
2.3 对工业催化剂的要求 估量一个催化剂价值的四个重要因素
硅藻土
2~30
石棉
1~16
耐火砖
<1
比孔容 （ml/g）
0.33~0.45 0.4
—
0.5~6.1
— —
载体
高比表面 氧化铝
SiO2/Al2O3
铁矾土 白土
氧化镁 硅胶
活性炭
比表面 （㎡/g）
100~200 350~600
150 150~280 30~140 400~800
1000-3000
比孔容 （ml/g）
某反应物的转化总量 某反应物的初始量
是常用的比较催化剂活性的参量。转化率越高，催化剂的 活性越大。 在用转化率比较不同催化剂的催化活性时，要求反应温度、 压力、原料气浓度和停留时间都相同。
反应速率 (Reaction rate)
• 反应速率表示反应快慢，一般有三种表示方法。 – 以催化剂重量为基淮 – 以催化剂体积为基准 – 以催化剂表面积为基准
第二章 催化作用与催化剂
2.1 催化作用的定义与特征 一、定义
催化剂是一种可以改变一个化学反应速度的物质。
催化剂是一种能够改变一个化学反应的反应速度，却 不改变化学反应热力学平衡位置，本身在化学反应中 不被明显地消耗的化学物质。
催化作用是指催化剂对化学反应所施加的作用。具体 地说，催化作用是催化剂活性中心对反应物分子的激 发与活化，使后者以很高的反应性能进行反应。
类别 两性 中性
酸性
氧化物
α-Al2O3 TiO2
MgAl2O4 MgCr2O4 ZnCr2O4 ZnAl2O4 CaSiO3 γ-Al2O3
SiO2 SiO2-Al2O3
溶点/ ℃ 2318 2113 2408 2300 2173 2100 1813 2318 1973 1818
3、助催化剂
是催化剂的辅助成分，可以得到所期望的活性、
➢ 调变形
改变其电子因素（d 带空穴数、导电率、电子逸出功） 和几何因素 作用：
① 使活性物微晶形成晶格缺陷 ② 产生新的晶相，具有不同的催化性质
③ 产生或增多Cat中晶相间和微晶间的活性界面数目
（3）一些主要过程常用助Cat和其功能
催化剂
Al2O3
SiO2-Al2O3 沸石 Pt/Al2O3 MoO3/Al2O3 Ni/陶制载体 Cu-ZnO-Al2O3
选择性和稳定性
（1）帮助载体
控制载体的稳定性
பைடு நூலகம்
γ- Al2O3
900℃ α-Al2O3 （表面积变小） 低温下 三年也有显著变化
加入SiO2 或 ZrO2 （1~ 2%） γ-Al2O3 相变温度提高，避免长期积累的变化
抑制不希望的活性
防止Cat 积炭 ： 加入少量K2O（碱性组分）毒化酸中心
双功能催化剂 ：
将活性组分、助催化剂组分负载于载体上，所制得的
催化剂
① 乙烯 — 环乙烷 Ag /α－Al2O3
② 丙烯气相氧化丙烯醛反应
反应特点： 丙烯
[O] Cat
丙烯醛
对Cat要求： 提供足够表面；
具有气体分子输送的粗孔道
(2) 分类
常用载体类型
载体 低比表面
比表面 （㎡/g）
刚玉
0~1
碳化硅
<1
浮石
0.04~1
2.2 催化剂的组成与功能
催化剂的组成
活性组份
载体
助催化剂
实例
一、催化剂组成（固体Cat）
活性组分 (active components) 载体 ( support or carrier) 助催化剂 (promoter)
三者关系
活性组分： 金属 半导体氧化物或硫化物 绝缘体氧化物或硫化物 功能：活性
活性
活性
选择性
寿命
催化剂的性能
稳定性
流动性
一、估量一个催化剂价值的四个重要因素 催化活性 （catalytic activity） 选择性 （ selectivity） 寿命 （lifetime） 经济性 （cost）
1、催化活性
反映催化剂转化反应物能力的大小，表示催化剂加 快化学反应速率程度的一种度量。这种能力大，活性就高， 否则，活性就低。