金属氧化物催化剂.PPT

1、1Catalysis Chemistry Lecturer: 王峰云26. 过渡金属氧化物催化剂过渡金属氧化物催化剂 及其催化作用及其催化作用6.1 催化剂的应用催化剂的应用3456v 主要催化氧化还原性反应主要催化氧化还原性反应v催化剂主要是过渡族元素催化剂主要是过渡族元素 IV BIV BVIII BVIII B和和 IBIB、 IIB IIB副族元素的氧化物。而且催化剂多副族元素的氧化物。而且催化剂多由两种或多种氧化物组成。由两种或多种氧化物组成。v 这些氧化物具有半导体性质，所以又称氧这些氧化物具有半导体性质，所以又称氧化物催化剂为半导体催化剂。化物催化剂为半导体催化剂。v为什么这些氧

2、化物能用于氧化还原型催化反为什么这些氧化物能用于氧化还原型催化反应呢？应呢？76.2 6.2 过渡金属氧化物催化剂的电子特性过渡金属氧化物催化剂的电子特性l金属氧化物中金属阳离子的金属氧化物中金属阳离子的d d电子容易失电子容易失去或得到电子去或得到电子l过渡金属氧化物多具有半导体性质过渡金属氧化物多具有半导体性质86.3 Theory of semiconductor energy belt6.3.1 Energy belt2个Na+ 23S1N个Na N3S195-10eV0.2-3eV106.3.2 半导体分类半导体分类Ef 费米能级（最高占有与最低未占轨道中间），电子平均位能逸出功 =

3、最高未占轨道能量- Ef11126.4 半导体的形成半导体的形成ZnO中Zn过量，它存在于晶体内间隙处，Zn+束缚一个e，以保持中性。Zn+e is called donorZn2+ O2- Zn2+ O2- Zn2+ O2-O2- Zn2+ O2- Zn2+ O2- Zn2+ Zn2+ O2- Zn2+ O2- Zn2+ O2-vn type （1） 含有过量金属原子的非化学计量化合物含有过量金属原子的非化学计量化合物13（2） 用高价离子取代晶格中正离子用高价离子取代晶格中正离子（3）通过向氧化物晶格间隙掺入电）通过向氧化物晶格间隙掺入电 负性小的杂质原子负性小的杂质原子Li + Zn 2

4、+ Li+ + Zn+14v P typeNiO中Ni缺位。Ni3+ Ni2+ acceptorNi2+ O2- Ni2+ O2- Ni2+ O2-O2- Ni2+ O2- O2- Ni2+ Ni2+ O2- Ni2+ + O2- Ni2+ + O2-O2- Ni2+ O2- Ni2+ O2- Ni2+(1) 正离子缺位的非化学计量的氧化物正离子缺位的非化学计量的氧化物15（2）用低价正离子取代）用低价正离子取代（3）向晶格掺入电负性大的间隙原子）向晶格掺入电负性大的间隙原子F + Ni 2+ F- + Ni 3+166.5 Adsorption and Reaction on Metal O

5、xide6.5.1 On n- typev Adsorption 吸附氧(O 2-) 吸量很小, 且使电导率下降。吸附氢 ( H+ ) 吸量大, 且使导电率升高.v Reaction 加氢，脱氢加氢，脱氢176.5.2 On p-type 吸附氧(O 2-) 吸量大, 且使电导率升高。 吸附氢 ( H+ ) 吸量小, 且使导电率下降.v Adsorptionv Reaction 氧化186.5.3 吸附态分子带电情况吸附态分子带电情况196.6 氧化物催化剂的半导体机理氧化物催化剂的半导体机理 （吸附氧参与吸附氧参与）202N2OMO2N2 + O2MechanismActivity: p n

6、. Explain or NoImage例如：例如：21P导带能级 N导带能级而，是慢步骤，P导带易接受O- 电子，加速了反应。pn226.7 Oxygen species and their function O2-, O-是强亲电反应物，导致完全氧化。是强亲电反应物，导致完全氧化。 O2-（晶格氧）是亲核试剂，没有氧化性晶格氧）是亲核试剂，没有氧化性质，用于选择氢化质，用于选择氢化。236.86.8酒精测试仪酒精测试仪 可以对气体中酒精可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电种基本类型，即：燃料电池型（电化学）、半导体池型（电化学）、半导体型、红外

7、线型、气体色谱型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。但由于分析型、比色型。但由于价格和使用方便的原因，价格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料电池目前常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型（电化学型）和半导体型两种。型两种。 242 2） N N型半导体氧化物型酒精测试仪型半导体氧化物型酒精测试仪ZnO， SnO2等等 酒精酒精 + O2= CO2+ H2O+ O2= CO2+ H2O25燃料电池酒精传感器燃料电池酒精传感器交警用酒精检测仪交警用酒精检测仪 2) 燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比的酒精浓度成正比 。 与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定