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和传统的金属催化剂相比 贵金属催化剂究竟好在哪里?

   日期:2019-07-10     来源:人民网-科普中国    浏览:6303    评论:0    
100多年前,瑞典化学家贝采里乌斯在家里宴请亲友时,偶然发现了催化作用和催化剂。他从实验室急忙赶回家,没来得及洗掉手上沾到的铂黑,便接过酒杯和客人饮酒,杯中香醇的蜜桃酒却变成了酸酸的“醋”。原来铂黑遇酒加快了酒精和空气中氧气发生化学反应,生成丁醋酸,人们把这一作用称为触媒作用(或者催化作用),把参与反应中能加快反应速率,自身化学性质在反应前后没有任何变化的物质称为催化剂。贵金属催化剂是催化剂大家族里面的一种,可定义为含贵金属(金、银、铂、钌、铱、锇、钯、铑等)的催化剂材料,其工业研究起源于1831年英国的菲利普斯提出以铂为催化剂制造硫酸,并在随后的研究中成为热潮。

金(Au)、银(Ag)、铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)、钌(Ru)等贵金属催化剂由于具有高的催化活性和好的催化选择性(活性是单位质量或容积的催化剂在单位时间内转化原料反应物的数量,即催化反应的快慢程度;选择性是指对同一个反应,使用不同的贵金属催化剂,会生成不同的产物,即可通过不同的催化剂选择性生成目标产物),越发受到催化化工研究者的喜爱,逐渐被用来代替传统催化工业中的一些过渡金属催化剂。那么,和传统的金属催化剂相比,贵金属催化剂究竟好在哪里?

首先,贵金属在一般情况下不易发生化学反应,性质相对来说非常稳定(比如铝暴露在空气中很容易被氧化,变成氧化铝),常温下不易被氧化,高温下也不会自燃,一般酸碱无法腐蚀它,所以用贵金属催化剂制备以后,比一些普通金属催化剂要稳定,容易储存。

通常,贵金属催化剂可以在更低的温度下比一般金属催化剂拥有更高的性能(催化活性和选择性)。研究发现,纳米级别的贵金属粒子和载体之间的相互作用会改变其表面的性质(几何结构和表面电子),可以加速反应,呈现很高的催化活性。

再次,因为贵金属催化剂之间存在协同作用(两种催化剂组合在一起,作用大于分别使用的总和),不仅可以组合使用,使催化反应的活性大大增加,且贵金属可以和一般金属形成不同含量比例和不同颗粒尺寸的组合催化剂,提高反应的选择性和催化剂的寿命(可使用时间的长短),降低催化剂的成本(存在自然界中的贵金属的量非常的少,所以其价格也比一般金属的要高很多)。

最后,一些贵金属催化剂的合成条件温和、合成方法简单,且旧催化剂回收利用性能依然很好,成为目前研究最多的一类催化剂。贵金属催化剂主要应用于氢化反应和氧化反应,目前为止,其研究主要集中在制备方法、粒径大小及与载体(负载贵金属颗粒的物质)之间的相互作用上,相信在未来的研究中,科研工作者将会拓展更广阔的疆土。 
 

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