贵金属催化剂概述,本文是催化剂有关毕业论文模板范文跟贵金属和催化剂和概述相关专科开题报告范文.
催化剂论文参考文献：
1 贵金属催化剂的特点
贵金属主要指金、银和铂族金属（钌、铑、钯、锇、铱、铂）等8种金属元素.这些金属的特点是：大多数拥有美丽的色泽；具有较强的化学稳定性,一般条件下不易与其他化学物质发生化学反应.这些金属单质、氧化物、络合物都可以用作催化剂.这些金属原子由于最外层的d 电子而具有特殊的活性,表现为易于结合氧原子和氢原子形成共价键,这使得原本的氧化反应和还原过程更加容易进行.贵金属作为一种资源,产量少而且不易氧化.在使用过程中,提高贵金属催化剂的使用寿命、降低贵金属载量、增加贵金属的回收率尤其重要.在作用效果上,贵金属催化剂有选择性、协同作用和稳定性.
1.1 贵金属的催化选择性
有时候对同一个有机反应,使用不同的贵金属催化剂,则会生成不同的产物.这对研究催化剂的催化机理和催化理论很有意义.其中最典型的就是对苯酚的H2加成反应在不同催化剂下得到不同产物.在使用Pd 做催化剂时生成酮：
1.2 贵金属催化剂的协同效应
贵金属催化剂之间可以组合使用,从而使得催化反应的活性大大增加.而且贵金属与贵金属以外的金属形成不同形貌不同比例的二元或多元合金,这样既可以降低贵金属的使用量,还可以提高催化反应的选择性和使用寿命.不仅如此,当贵金属催化剂和不同的载体组合使用时,采用不同的制备方法得到的催化性能也千差万别.正是由于贵金属催化剂的协同作用,它的使用范围和研究领域也丰富多彩.
1.3 贵金属催化剂的稳定性
贵金属本身具有化学稳定性,它在空气中常温下不易被氧化,高温下也不会自燃,不会被一般的酸碱腐蚀.而且,它的熔点高,耐热性能也很好,这样导致它的储存也非常方便.贵金属在温和的条件下也不易形成卤化物或是硫化物,也就不像普通的催化剂那样被毒化.硫磺或是CO 可以被贵金属吸附短暂失活,但是在一定的条件下又可以脱附恢复活性,而不是形成稳定的羰基化合物或硫化物而永久失活.贵金属催化剂在另一方面也导致它存在不容易洗脱、回收困难的缺陷.贵金属在以单质形式存在时,由于它的稳定性,对人体不表现出毒性.然而当它以化合物或络合物的形式存在时,它变成了一种具有强氧化性的毒物.
2 贵金属催化剂的活性劣化
虽然催化剂被定义为改变化学反应的速率但本身在反应前后性质和质量保持不变,但在实际过程中却不得不考虑催化剂的劣化问题.这并不矛盾,催化剂催化化学反应的过程中是有一定条件的.生成产物、副反应产物、反应的中间产物等都可能改变催化剂偏离初始的催化效果,这样都会导致催化剂的劣化.
在通常的情况下,在催化反应刚初期金属催化剂的活性较高.但是随后就会慢慢发生改变,催化剂表面的物理状态、催化剂的价态和配位数、催化剂的形貌、催化剂的支撑体的结构等都会发生变化.催化剂的劣化原因大致可以分为以下几个方面：原料中夹杂着有害的硫化物、磷化物、重金属等,反应过程中的生成物和中间产物,催化剂自身凝聚、半融,物理上的磨损、破碎.如果只是吸附导致的活性改变,只要去除吸附物就可以恢复活性,但如果是催化剂本身发生改变,催化剂一般就得永久失活了.我们称催化剂失活为毒化,使得催化剂短暂或永久毒化的物质即为催化剂毒.暂时催化剂毒毒化后,贵金属催化剂在一定条件处理下还可以再生,这类物质比较常见的有CO、卤素和卤化物、硫和硫化物、含氮化合物等.而常见的可以使贵金属催化剂永久失活的催化剂毒有磷和磷化物、氰化物等.
3 贵金属催化剂的研发
由于贵金属催化剂的协同作用,催化剂中丰富的金属粒径和形貌、不同金属不同比例的合金催化剂以及各种各样的催化剂载体的设计和研究工作使得贵金属该类催化剂应用越来越广泛.Pd、Pt、Ir 等金属的催化作用有一个最小的粒子簇尺寸,当小于这个尺寸,就会展现出离子的性质,大于这个尺寸才会展现原子的性质.这个最小尺寸可以通过金属的晶体结构看出来.一般来说,金属粒子的粒径小,它的催化活性较高.我们可以通过控制制备方法、制备条件来控制粒径的大小.
贵金属的合金催化剂也是人们开发的重点之一.有的单金属催化剂完全没有活性,但是与其他催化剂合金化后活性大大增加,甚至是简简单单的物理混合也能提升催化活性.其中最典型的例子就是碳载体Ru 与Pd 的合金催化炔类加氢的反应.通过合金化,不仅可以提高催化反应的活性,还可以提高催化反应的选择性和使用寿命.在丙烯选择性氧化制备丙烯醛时,使用不同比例的CuAu 合金,可以改变产物的转化率.Au的含量为40%时,产物的转化率为15%,选择性可达82%.当Au 的含量为0 时,选择性只有百分之几.
另外选择合适的贵金属载体、对催化剂进行修饰等也常常成为科研工作者研究的方向.现在很多结构与形貌可控的载体都比较常见.一般来说,载体的选择经常要考虑到反应发生的环境.不同种类的溶剂对不同载体影响很大.对于比表面积小的载体而言,催化剂的活性受其影响不大.比较常见的载体有碳质、硫酸钡、碳酸钡、碳酸钙、三氧化二铝、硅藻土、碳酸镁等.有些没有活性的催化剂,在特定的载体上反而表现出催化活性.例如,低温条件下,贵金属Au 对CO 的氧化反应没有催化活性,但Au 被负载在α-Fe2O3上,则催化作用比一般的一氧化碳氧化催化剂的性能还要好.
4 几类催化反应的贵金属催化剂
4.1 氢化反应
在有机化学当中含有双键的官能团容易发生加成反应,加氢原子的加成反应就被成为氢化.在烯烃和炔烃里含有碳碳双键和三键,由于π 电子的存在,加成反应比较容易.在异戊二烯合成香料过程中,异戊二烯与HCl 发生加成反应中使用了一种林德拉催化剂.这种林德拉催化剂就是一种合金催化剂.它由5%的贵金属Pd 和2.7%的Pb 组成,所使用的载体是CaCO3粉末.这种林德拉催化剂对含有碳碳三键的催化反应具有不错的效果.
烯烃容易被多种贵金属催化加氢.金属催化的活性顺序为Rh 最优,其次是Pd 和Pt,最差的是Ru.目前普遍采用的是Pd.Pd催化剂的载体常用的是三氧化二铝.不同类型的催化反应使用的Pd 的含量大同小异.
以下是最简单的烯烃乙烯的加成反应：
它的反应机理分三步进行.首先是氢原子与金属原子结合,氢气分子活化,氢气分子之间的化学键被削弱.其次,一个氢原子从催化剂表面向碳碳双键转移：最后,第二个氢原子从贵金属原子表面离开,催化剂复原：
还有其他很多种类的双键如碳氧双键,环状化合物都可以在不同种类的贵金属催化剂作用下发生加成反应,有的反应复杂,人们对反应机理也莫衷一是,这里就不再赘述.
4.2 氧化反应
以大部分的有机物为参照物,有机物的化合价升高就是氧化反应,其中最常见的一类便是有机物中添加氧原子.这类反应当中,经常使用的催化剂就是Pd和Pt.
例如以马来酸制取酒石酸中常用到的催化剂是碳粉载体上5%的Pd,以双氧水为氧化剂,马来酸经过氧化、氢氧化得到酒石酸.
丙烯酸甲酯是一种重要的化工原料, 它是有机玻璃PMMA 的聚合单体.该物质的工业制备方法是直接甲醇法,该合成方法当中,催化剂尤为重要.催化剂采用的是一种Pd、Pb 合金化的金属间化合物,Pd 与Pb 的比例是3：1.该催化剂中的Pb 成分是为了抑制丙烯的合成,但却促使甲酸甲酯的生成.对于这种催化剂而言,为了延长寿命,它的载体载负形貌需要精确控制.目前较好的改良催化剂是PdbMg/Al2O3.
5 结语
贵金属催化剂是目前使用最多、研究最多的一类催化剂.它在各种化工行业当中的使用相当普遍,特别是在高分子材料的合成方面有着较为突出的贡献.在一系列的化学合成当中催化剂的选择和使用是其核心技术,也是很多化工厂的专利.就目前而言,催化剂的催化效率、选择性和使用寿命是贵金属催化剂的焦点.科研工作者对这一类催化剂的深入研究,从而更加微观地揭示结构与性能的一般规律,这对化学的理论研究有很大的帮助.随着科学技术的进一步发展,各种各样的新型贵金属催化剂一定会在更加广泛的领域发挥重要的作用.
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