金属氧化物催化剂汇总课件

CatalysisChemistry

催化化学CatalysisChemistry催化化学16.过渡金属氧化物催化剂

及其催化作用6.1催化剂的应用6.过渡金属氧化物催化剂

及其催化作用6.12金属氧化物催化剂汇总课件3金属氧化物催化剂汇总课件4金属氧化物催化剂汇总课件5主要催化氧化还原性反应催化剂主要是过渡族元素IVB～VIIIB和IB、IIB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。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。为什么这些氧化物能用于氧化还原型催化反应呢？主要催化氧化还原性反应66.2过渡金属氧化物催化剂的电子特性金属氧化物中金属阳离子的d电子容易失去或得到电子过渡金属氧化物多具有半导体性质6.2过渡金属氧化物催化剂的电子特性金属氧化物中金属阳离子76.3Theoryofsemiconductorenergy

belt6.3.1Energybelt2个Na+2×3S1N个NaN×3S1Back6.3Theoryofsemiconductoren85-10eV0.2-3eV5-10eV0.2-3eV96.3.2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=最高未占轨道能量-Ef6.3.2半导体分类Ef费米能级（最高占有与最低未占轨10金属氧化物催化剂汇总课件116.4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+eiscalleddonorZn2+O2-Zn2+O2-Zn2+O2-O2-Zn2+O2-Zn2+O2-Zn2+

Zn2+O2-Zn2+O2-Zn2+O2-ntype

（1）含有过量金属原子的非化学计量化合物6.4半导体的形成ZnO中Zn过量，它存在于晶体内间隙处12（2）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负性小的杂质原子Li+Zn2+

Li++Zn+（2）用高价离子取代晶格中正离子（3）通过向氧化物晶格间隙13PtypeNiO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PtypeNiO中Ni缺位。Ni2+O2-Ni2+14（2）用低价正离子取代（3）向晶格掺入电负性大的间隙原子F+Ni2+

F-+Ni3+（2）用低价正离子取代（3）向晶格掺入电负性大的间隙原子F156.5AdsorptionandReactiononMetal

OxideBack6.5.1Onn-type

Adsorption吸附氧(O2-)

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.

Reaction[加氢，脱氢]6.5AdsorptionandReactionon166.5.2Onp-type吸附氧(O2-)

吸量大,且使电导率升高。吸附氢(H+)吸量小,且使导电率下降.

AdsorptionReaction[氧化]6.5.2Onp-type吸附氧(O2-)Ads176.5.3吸附态分子带电情况6.5.3吸附态分子带电情况186.6氧化物催化剂的半导体机理

（吸附氧参与）6.6氧化物催化剂的半导体机理

192N2OMO2N2+O2MechanismActivity:p>n.Explainυ①>>υ②orυ③

例如：2N2OMO2N2+O2MechanismActivit20P导带能级<N导带能级而②，③是慢步骤，P导带易接受O-电子，加速了反应。pnP导带能级<N导带能级pn216.7Oxygenspeciesandtheirfunction①O2-,O-是强亲电反应物，导致完全氧化。②O2-（晶格氧）是亲核试剂，没有氧化性质，用于选择氢化。6.7Oxygenspeciesandtheir226.8酒精测试仪可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。但由于价格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。

6.8酒精测试仪可以对气体中酒精含量进行检测的设232）N型半导体氧化物型酒精测试仪ZnO，SnO2等酒精+O2=CO2+H2O2）N型半导体氧化物型酒精测试仪ZnO，SnO2等酒24燃料电池酒精传感器交警用酒精检测仪

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。与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前（2009年）只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，加上材料成本高，因此价格相当昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍。酒精浓度测试仪-辅助设备。燃料电池酒精传感器交警用酒精检测仪2)燃料电池是当25CatalysisChemistry

催化化学CatalysisChemistry催化化学266.过渡金属氧化物催化剂

及其催化作用6.1催化剂的应用6.过渡金属氧化物催化剂

及其催化作用6.127金属氧化物催化剂汇总课件28金属氧化物催化剂汇总课件29金属氧化物催化剂汇总课件30主要催化氧化还原性反应催化剂主要是过渡族元素IVB～VIIIB和IB、IIB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。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。为什么这些氧化物能用于氧化还原型催化反应呢？主要催化氧化还原性反应316.2过渡金属氧化物催化剂的电子特性金属氧化物中金属阳离子的d电子容易失去或得到电子过渡金属氧化物多具有半导体性质6.2过渡金属氧化物催化剂的电子特性金属氧化物中金属阳离子326.3Theoryofsemiconductorenergy

belt6.3.1Energybelt2个Na+2×3S1N个NaN×3S1Back6.3Theoryofsemiconductoren335-10eV0.2-3eV5-10eV0.2-3eV346.3.2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=最高未占轨道能量-Ef6.3.2半导体分类Ef费米能级（最高占有与最低未占轨35金属氧化物催化剂汇总课件366.4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+eiscalleddonorZn2+O2-Zn2+O2-Zn2+O2-O2-Zn2+O2-Zn2+O2-Zn2+

Zn2+O2-Zn2+O2-Zn2+O2-ntype

（1）含有过量金属原子的非化学计量化合物6.4半导体的形成ZnO中Zn过量，它存在于晶体内间隙处37（2）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负性小的杂质原子Li+Zn2+

Li++Zn+（2）用高价离子取代晶格中正离子（3）通过向氧化物晶格间隙38PtypeNiO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PtypeNiO中Ni缺位。Ni2+O2-Ni2+39（2）用低价正离子取代（3）向晶格掺入电负性大的间隙原子F+Ni2+

F-+Ni3+（2）用低价正离子取代（3）向晶格掺入电负性大的间隙原子F406.5AdsorptionandReactiononMetal

OxideBack6.5.1Onn-type

Adsorption吸附氧(O2-)

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.

Reaction[加氢，脱氢]6.5AdsorptionandReactionon416.5.2Onp-type吸附氧(O2-)

吸量大,且使电导率升高。吸附氢(H+)吸量小,且使导电率下降.

AdsorptionReaction[氧化]6.5.2Onp-type吸附氧(O2-)Ads426.5.3吸附态分子带电情况6.5.3吸附态分子带电情况436.6氧化物催化剂的半导体机理

（吸附氧参与）6.6氧化物催化剂的半导体机理

442N2OMO2N2+O2MechanismActivity:p>n.Explainυ①>>υ②orυ③

例如：2N2OMO2N2+O2MechanismActivit45P导带能级<N导带能级而②，③是慢步骤，P导带易接受O-电子，加速了反应。pnP导带能级<N导带能级pn466.7Oxygenspeciesandtheirfunction①O2-,O-是强亲电反应物，导致完全氧化。②O2-（晶格氧）是亲核试剂，没有氧化性质，用于选择氢化。6.7Oxygenspeciesandtheir476.8酒精测试仪可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。但由于价格和使用方便的原因，目前常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。

6.8酒精测试仪可以对气体中酒精含量进行检测的设482）N型半导体氧化物型酒精测试仪ZnO，SnO2等酒精+O2=CO2+H2O2）N型半导体氧化物型酒精测试仪ZnO，SnO2等酒49燃料电池酒精传感器交警用酒精检测仪

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