催化原理：第九章 固体催化剂设计

1、催化原理第九章 固体催化剂设计催化剂设计的总体考虑催化剂主要组分的设计根据有关催化理论的参数进行考虑基于催化反应的经验规律基于反应物分子活化模式的考虑助催化剂的选择与设计助催化剂的种类与功能助催化剂的设计载体的选择载体的作用载体的种类几种主要的载体对载体的要求和选择催化剂物理结构的设计催化剂物理结构对催化反应的影响催化剂的形状选择催化剂的比表面及孔结构的设计与选择催化反应的结构敏感性和非敏感性催化剂设计的总体考虑高效催化剂设计污染治理资源利用能量存储新能源开发石化能源利用人类健康催化剂设计：根据合理的程序和方法有效利用未系统化的法则、知识和经验，在时间上和经济上最有效地开发和制备新催化剂的方法

2、。总体考虑热力学分析，指明反应的可行性；并分析催化剂设计参数的四要素：活性、选择性、稳定性和再生性催化剂设计要满足反应基本步骤的条件着重考虑催化剂表面的组成、结构及性能催化剂主要组分的设计固体催化剂由三部分组成：活性组分、助剂和载体催化剂设计最主要是寻找合适的活性组分活性中心可以是原子、原子团、离子、离子缺位等主要组分选择的基本原理或原则：根据有关催化理论归纳的参数来考虑基于催化反应的经验规律基于活化模型的考虑1. 根据有关催化理论的参数进行考虑催化剂的开发，50%靠经验与直觉，约40%靠实验的优化，余下的10%才是理论指导。天才那就是1%的灵感加上 99%的汗水，但那1%的灵感是最重要的，甚

3、至比那99%的汗水都要重要。 -爱迪生（1）d特征百分数过渡金属电子有两类轨道：成键轨道（由外层s、p、d轨道杂化而成）与非键轨道（原子轨道）d特征百分数：成键轨道中d所占的百分率，d特征百分数越大，d带中空穴越小，吸附越弱金属加氢催化剂：d特征百分数在40%50%为佳Rh Pd Pt Ni Fe Ta（2）未成对电子数过渡金属和靠近过渡金属的某些金属，催化活性常与d轨道的填充情况密切相关Fe=2.2 (d空穴)，钴（1.7) 镍(0.6) 合成氨中需三个电子转移，因此采用Fe比较合适。加氢过程，吸附中心的电子转移为1。对Pt（0.55) Pd(0.6)来说更适合加氢。（3）半导体费米能级和逃

4、出功n型半导体：电子导电P型半导体：空穴导电费米能级Ef是表示半导体中电子的平均能量逃出功：把1个电子从半导体内部拉到外部变成自由电子所需的最低能量。从费米能级到导带顶的能量差为逃出功施主杂质提高了费米能级，使逃出功变小受主杂质降低了费米能级，使逃出功变大由半导体的费米能级和逃出功来判断电子得失的难易程度，进而了解适合于何种反应。（4）晶体场、配位场理论2. 基于催化反应的经验规律（1）活性模型法前人已对某一类催化反应提出不同催化剂所显示的活性呈现规律性变化。加氢/脱氢氧化（2）从吸附热推断如果反应气体分子在固体表面上吸附很强，它不会被取代，不能和别的分子反应；如果吸附很弱，或是停留时间过分短

5、暂，都不利于催化反应。因此，对于反应分子具有中等强度吸附的固体表面具有良好的催化活性。3. 基于反应物分子活化模式的考虑（1）H2分子的活化包括均匀解离和非均匀解离两种模式（2）O2分子的活化非解离活化：O2-解离活化：O2-、O-（3）CO分子的活化M与CO形成-键合，削弱CO的三键Pd、Pt、Rh存在金属反馈电子，活化COMo、W、Fe等对CO的吸附亲和力强，即使在常温下也能将CO解离吸附活化（4）饱和烃分子的活化金属超强酸型金属氧化物H-被拔出（5）不饱和烃分子的活化酸性催化剂碱性催化剂4. 实例丙烯脱氢环化生成苯催化剂设计Sn2+/Sn4+、 Ti+/Ti3+、Pb2+/Pb4+、 B

6、i3+/Bi5+、In+/In3+助催化剂的选择与设计1. 助催化剂的种类和功能（1）助催化剂助催化剂是负责调变主要组分的催化性能，自身没有活性或只有很低活性的物质。加入助剂后，催化剂在化学组成、所含离子价态、酸碱性、结晶结构、表面构造、孔结构、分散状态、机械强度等各方面可能发生变化，由此影响催化剂的活性、选择性以及寿命。一般说，助剂用量少（ 200 nm 800 oC以下4. 催化反应的结构敏感性和非敏感性催化反应对催化剂表面相的结构是否敏感？催化原理第十章 固体催化剂的制备高庆生化学楼205, 85226506Email: 催化剂制备的流程由于多相催化与均相催化作用不同，特别是气固催化作用，催化剂用在异相催化反应中，要求固体催化剂具有复杂的化学组成和特殊的物理结构，这导致制备技术的复杂化，需要寻找各种各样的制备方法和一连串的操作工序。常用的制备方法天然资