第九部分 固体催化剂设计
多相反应中固体催化剂的综合设计.
入分子之间的联系。
分子级与纳米级的设计区别
例：Ti-Si分子筛和TiO2/SiO2上Ti位周围的局部环境
疏水环境
亲水环境 （由于表面羟基）
钛硅分子筛 （MFI结构）
掺杂Ti的非晶态 SiO2
微观级别的催化剂设计
S 微观级别的催化剂设计涉及到纳米尺寸的催化剂为了在宏
流体动力学
催化剂尺寸和多相反应的反应器设计
主要影响
活性位 分子级 固有活性 纳 米 产率、失活、局部环境、湿性 失活、活性、多相反应 微 观 催化剂效率、失活、 机械强度、 传递和扩散 扩散、机械强度、 多相接触、微观混合、 传输机制
活性位周围环境
催 化 剂 设 计
活性位空间分布 孔层结构
纳米和微观结构 形态和微观组分 结构反应器 宏 观
球
纤维
流体化、机械强度、 反应控制、浓度梯度、 多功能性、恢复
筛孔
反 应 器 设 计
催化剂颗粒几何尺寸
块状
泡沫
压降、内部扩散、 流体化、机械强度、污染、 相接触、反向混合、 浓度梯度、产物分离 浓度和温度曲线、 动量传递关系、产率
试剂和能量简况
反 应 器 级 别
催化剂球
纳米流体动力学机制
液
流体机制、压降、内部区域、 相接触、产率
相接触和反应率（强化过程），也为了提升催化剂的使用性能 （更简单的分离等）和对催化剂钝化的抑制。
S 多相反应中，有四种常用的催化剂结构：（i）块状（ii）泡沫状
（iii）织物状（iv）膜状
S 这些催化剂广泛应用于气-固相反应中，在治理汽车尾气排放中
更是有大面积的应用。
块状
固体催化剂常用制备方法
差热分析曲线
1、La(OH)3→LaO(OH)+H2O 2、La(OH) →La2O3+H2O
活性氧化镧水解产物的DTA曲线
H2IrCl6/Al2O3 →IrCl3/Al2O3+2HCl↑+1/2Cl2↑ H2IrCl6/Al2O3于N2气体下的焙烧TG-DTG曲线
不同于混合法制备的催化剂的还原TG曲线
碳式碳酸镍于空气下分解的DTA-TG曲线
活性组分与载体氧化铝的相互作用
Cu(NO3)4·3H2O(a)和负载Ca(NO3)2(b)于空气下的分解TG-DTG曲线
沸石固体酸酸型转化
NH4-NaY沸石N2气下的TG-DTG曲线
比表面与孔结构
(1)总比表面BET方程 (2)孔径分析：凯尔文（Kelvin）方程（N2吸附法测小孔1.5-
❖ 通常差热分析与热重分析结合使用。热重是将样品质量变 化作为温度的函数记录下来，得到热重曲线，重量变化对 应一个台阶，根据台阶个数和温度区间、台阶高度、斜率 等来研究样品变化。
❖ 差示扫描量热与差热在原理上相拟但只是将温度变化用两 面三刀试样俣持同一温度所必须的功主输入值来代替。
❖ 热分析作用（1）催化剂焙烧条件的选择；
区分，不适用于物相分析
LaCoO3与LaFeO3的XRD图
❖ （2）热分析
❖ 在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类 技术。最常用的是差热分析（DTA）、热重分析（TGA） 和微分扫描分析（DSC）
❖ 差热分析是将样品和参比物的温差作为温度的函数连续测 量的方法，记录的温差△T随温度T的变化曲线称为差热曲 线。伴随有吸热或放热的相变或化学反应都会对应负峰或 正峰。根据峰的形状，峰个数，出峰及峰顶温度等可以鉴 别物相及其变化。
固体催化剂结构设计和催化性能研究
固体催化剂结构设计和催化性能研究一、引言固体催化剂作为一类高效的催化剂，在现代化工生产中广泛应用。
合理地进行固体催化剂的结构设计与性能研究是提高其催化活性和选择性的重要途径。
本文将从固体催化剂的结构设计和催化性能研究两个方面进行深入探讨。
二、固体催化剂结构设计固体催化剂的结构对催化活性和选择性具有重要影响。
下面我们将从物理学、化学和材料学三个方面分别探讨。
（一）物理学1、孔径固体催化剂中孔道的结构和大小是影响催化剂活性和选择性的重要因素。
酸性或碱性催化剂中的孔径应具有特定的大小范围以限制分子的扩散和吸附，从而提高反应速率和产物选择性。
纳米孔道材料的应用可以增大孔道表面积，并提高催化剂的催化活性。
2、晶体结构固体催化剂的晶体结构对催化效果也具有显著影响。
晶体结构以其特殊的热力学和动力学性质来调节催化反应，同时也对物质在催化剂表面的吸附和扩散产生影响。
铁、钴、镍等过渡金属硫化物等多晶或非晶体材料因具有大量异质原子和晶面缺陷，故催化性能较高。
（二）化学1、配位配位是影响催化机理和反应产物选择性的一个重要因素。
通过选择恰当的配体，可调节固体催化剂的电子结构和空间构象，从而影响反应的机理和产物选择性。
因此，在选择适当的配位体时应考虑到其与基质配位的性质。
2、酸性/碱性酸性或碱性对固体催化剂活性和选择性影响也极大。
在酸性催化剂中，活性酸位的酸强度和种类对反应的速率和选择性都有很大影响。
在碱性催化剂中，则关注活性碱位中碱的强度和种类。
（三）材料学1、催化剂载体催化剂载体材料应具有较高的比表面积和活性位点密度。
具有较大的表面面积的高孔材料（例如，二氧化硅和氧化铝等）在催化剂的制备和应用中受到广泛关注。
2、催化剂负载在催化剂的制备中，将活性组分负载在高比表面积的载体上能够使催化剂的活性和选择性得到提高。
在负载的过程中应尽量减小受载物粒子的尺寸，提高其分散性，使得活性组分更能够充分地利用载体呈现出其催化性能。
三、固体催化剂催化性能研究固体催化剂的催化性能研究是评价其性能的重要途径。
固体催化剂的制备及性质研究
固体催化剂的制备及性质研究固体催化剂是广泛应用于化学反应中的一种催化剂，主要由高表面积、活性位点丰富的纳米材料组成。
为了实现高效、可持续发展，研究固体催化剂的制备及性质是非常有必要的。
一、固体催化剂的制备1.1 物理法制备物理法制备固体催化剂主要有溅射、气相沉积、等离子体化学气相沉积等方法。
其中，溅射法是通过电子束轰击目标材料使其产生溅射，形成纳米尺寸的颗粒；气相沉积则是在惰性气体气氛下，将材料的原子蒸发，然后在基底表面沉积形成薄膜；而等离子体化学气相沉积法，则是在辉光放电等离子体中，使反应气体产生化学反应，从而生成固体催化剂。
1.2 化学法制备化学法制备固体催化剂主要包括溶胶-凝胶法、共沉淀法、水热法等。
其中，溶胶-凝胶法是将溶解的金属盐或有机金属化合物加入溶剂中形成溶胶，经过一系列的共聚合反应和热处理，最终形成固体催化剂；共沉淀法则是将多个金属盐混合在一起，然后在溶剂中进行共沉淀，这种方法制备的催化剂成分均匀且孔径分布较为均匀；水热法则是利用水热反应在高温高压下将前驱体转化为固体催化剂。
二、固体催化剂的性质研究2.1 表面酸性固体催化剂的表面酸性是其催化性能的重要指标。
表面酸性可以通过伏安法、荧光法、中子反射法等手段来研究。
其中，伏安法是通过测量一定电位下的电流来得到催化剂表面的酸碱样品；荧光法则是利用荧光探针在催化剂表面发生的变化，来判断催化剂表面酸性；中子反射法则是通过测量中子衰减率来研究催化剂表面的结构和组成。
2.2 催化剂稳定性催化剂稳定性是催化反应过程中催化剂长期保持高催化活性的重要指标。
催化剂稳定性可以通过高温氧化、水蒸气稳定性测试等方法来研究。
高温氧化则是将催化剂加热至高温，通过不断监测其失重率来判断催化剂的热稳定性；水蒸气稳定性测试则是将催化剂在一定温度下与水蒸气接触一段时间，然后测试其活性和组成的变化。
2.3 孔道结构孔道结构对固体催化剂的性能有着重要影响。
孔道结构可以通过吸附-脱附、氮氣吸附等手段来研究。
高效固态催化剂的设计与制备
高效固态催化剂的设计与制备一、引言固态催化剂是目前应用最广泛的催化剂之一，其应用范围涵盖乙烯催化加氢、甲醇催化转化、芳香化、脱氢等众多领域。
固态催化剂的设计和制备十分重要，可以提高其催化效率和催化剂的寿命。
本文将从催化剂的基本原理入手，介绍高效固态催化剂的设计和制备技术。
二、催化剂的基本原理催化剂是一种能够促进化学反应的物质，其能够降低反应的活化能，提高反应速率。
催化剂中的活性位点是催化剂能够对反应物分子进行吸附反应的地方。
一般来说，活性位点的数目越多，催化剂的催化效率越高。
固态催化剂的活性位点存在于催化剂表面，因此催化剂的表面积越大，催化效率越高。
此外，固态催化剂的催化效率还与催化剂的电子结构和表面化学性质有关。
三、高效固态催化剂的设计针对不同的化学反应，需要设计不同的高效固态催化剂。
下面以乙烯催化加氢和甲醇催化转化为例，介绍高效固态催化剂的设计。
1、乙烯催化加氢催化剂的设计乙烯催化加氢是一种常见的工业反应。
催化剂的选择十分重要，因为催化剂的选择可以影响反应的选择性和效率。
一般来说，乙烯加氢催化剂需要具备以下几个特点：（1）良好的协同催化效应，能够有效促进乙烯的加氢反应，避免乙烯的分解反应发生；（2）具有一定的生物可降解性，在催化剂使用后不会对环境产生污染；（3）表面具有相应的酸碱性，能够有效促进催化反应的进行。
为了达到以上要求，可以采用纳米材料来设计高效固态催化剂。
纳米材料具有较大的比表面积和特殊的电子结构，在加氢反应中表现出很好的催化效果。
2、甲醇催化转化催化剂的设计甲醇催化转化是一种生产甲醛、氢气等化工原料的反应。
催化剂的选择同样十分重要，因为催化剂的选择可以影响反应的选择性和效率。
一般来说，甲醇催化转化催化剂需要具备以下几个特点：（1）催化剂表面具有足够数量的酸碱位点，能够有效促进催化反应的进行；（2）具有稳定的结构和活性，能够满足工业生产的要求；（3）催化剂具有一定的抗毒性，能够耐受反应体系中的杂质。
04章讲义固体催化剂
浸渍法的几个问题：
• 浸渍后能否进行洗涤？
• 浸渍法制备的催化剂，其活性组分含量一 般以质量含量表示，如5 wt %Pt/Al2O3
• 浸渍法制备的催化剂，其活性组分含量由 加入的活性组分的前驱体的量决定，预先 确定了。但最好将其用王水溶解后，用原 子吸收或发射光谱确定
• 制备后的催化剂需进行干燥，焙烧，活化。
影响催化剂的因素：
(1)沉淀剂的选择： 能使活性组分沉淀完全，沉淀易于分离，没有残留物。
如 NH3·H2O, (NH4)2CO3。但NH3易与Cu, Ni, Co等形成络 合物而不沉淀。这时可用NaOH, Na2CO3, 沉淀中Na+可 通过洗涤除去。
(2)加料顺序： 正加法：将沉淀剂加到金属盐的溶液中. 例：Cu2+ + OH反加法：将金属盐溶液加到沉淀剂中 并流法：分别按沉淀剂和金属盐溶液按一定流速单独且同 时加到沉淀槽中。
一、请解释IV型吸附-脱附等温线为什么会出现滞后环？该图对应的 材料孔径处于什么范围？
lnP 2v~
P0 rk KT
二、用BET法测比表面积时，比压p/p0=0.05～0.35，为什么？
4.吸附法制备催化剂
负载少量活性组分的催化剂用该方法制备。 等电点：氧化物本身性质，与何种介质无关。
大多数固体如Al2O3,、SiO2、活性C等，显两性。
等体积浸渍：在干浸渍中，如果所加的溶液正好被 载体全部吸收，则为等体积浸渍
1 载体的预处理：在一定的温度下，长时间干燥(～120ºC)， 冷却至室温；
2 载体的吸附量测定：称一定量的载体，滴加溶剂水至饱和， 所用的水量即吸附量；ml/g
3 计算载体、活性组分量： 4 计算溶剂用量：（假定：溶液的吸附量相当于纯溶剂的吸附
高效固体催化剂设计方法综述
高效固体催化剂设计方法综述催化剂作为化学反应中的重要角色，能够提高反应速率、降低反应温度，是现代化工过程中不可或缺的关键组成部分。
固体催化剂具有稳定性高、反应选择性好等优点，已广泛应用于石油化工、新能源等领域。
然而，传统的固体催化剂设计方法面临着各种挑战，如活性低、选择性差等问题。
因此，研究人员着重于开发高效固体催化剂设计方法，以实现更高的催化效率和选择性。
一、理论计算方法1. 密度泛函理论(DFT)密度泛函理论是一种基于量子力学的计算方法，能够从原子或分子的基本物理和化学特性出发，描述其电子状态和相互作用。
通过DFT方法，可以计算催化剂表面的活性位点能级和吸附能，从而预测催化剂的催化性能，指导催化剂的设计和优化。
2. 反应路径优化通过对反应路径进行优化，可以预测反应中的过渡态和中间体的构型和能量，进而确定催化剂在反应中的作用机理和影响因素。
反应路径优化方法有多种，如微动力学模拟、变分过渡态理论(VTST)等。
这些方法能够帮助研究人员理解催化反应的本质，从而指导高效固体催化剂的设计。
二、晶体工程方法晶体工程方法是通过晶体学的原理和方法，设计和合成具有特殊结构和性质的催化剂。
晶体工程方法主要包括晶体形态控制、晶体表面控制和晶体结构导向三个方面。
1. 晶体形态控制通过晶体形态的调控，可以实现对催化剂活性位点的暴露程度和可访问性的调节，从而优化催化剂的催化性能。
常用的晶体形态控制方法包括溶剂热、溶剂挥发和界面控制等。
2. 晶体表面控制晶体表面是催化反应的发生和传播的关键区域，通过表面组分的调控和修饰，可以实现对催化剂的选择性和反应速率的调节。
常用的晶体表面控制方法包括表面修饰、合金化和外部助剂等。
3. 晶体结构导向利用晶体结构的特殊性质，可以调控催化剂的催化性能。
晶体结构导向方法通常包括选择合适的晶体结构、调控晶体缺陷和杂质等。
例如，通过合成特定晶面表达的催化剂，可以实现基于晶面效应的特定选择性。
三、界面调控方法界面调控方法指的是通过改变催化剂与反应物之间的接触界面的结构和性质，来提高催化剂的催化活性和选择性。
高效固体催化剂的设计与合成
高效固体催化剂的设计与合成催化剂是化学反应过程中起着重要作用的物质。
它能够降低反应活化能，加速反应速率，提高反应选择性。
因此，高效固体催化剂的设计与合成成为了化学科学领域的重要研究课题。
固体催化剂的设计可以从多个方面入手。
首先，需要研究物料的组成与结构。
不同的组成和结构对催化剂的性能有着重要影响。
例如，将过渡金属与载体材料相结合，可以形成高效的金属催化剂。
在过渡金属的选择上，需要考虑其在反应中的反应活性和反应选择性。
另外，合适的载体材料也能够改善催化剂的稳定性，延长其使用寿命。
其次，固体催化剂的设计还需要考虑催化剂的纳米结构。
通过调控催化剂的纳米尺寸和表面形态，有助于提高催化剂的比表面积和催化活性。
比表面积的增加可以提供更多活性位点，增加反应物与催化剂的接触机会。
同时，纳米结构还可以控制反应物在催化剂表面的吸附位置和性质，进一步影响催化反应的动力学过程。
另外，催化剂的合成方法也是影响其性能的重要因素。
常见的合成方法包括物理方法和化学方法。
物理方法主要通过改变催化剂的物理性质来达到催化性能的改善，如使用高温条件下的物理蒸发和沉积方法。
化学方法则是在合成过程中引入化学反应，通过控制反应条件和反应物的选择，合成出具有高催化活性的固体催化剂。
此外，还可以通过表面改性和掺杂等手段来提高催化剂的性能。
表面改性可以利用氧化、还原，或者在催化剂表面上引入功能基团，改变催化剂表面的电子状态和化学性质，提高催化剂的活性和选择性。
掺杂则是通过在催化剂中引入其他元素，调节催化剂的晶体结构和电子结构，改变其催化性能。
在高效固体催化剂的设计与合成中，除了上述几个方面，还需要充分考虑催化反应的缓冲效应和抗中毒效应。
反应的缓冲效应是指催化剂在变化的反应条件下能够保持良好的活性和选择性。
抗中毒效应则是指催化剂能够抵御反应物中的污染物或可燃物的影响，保持催化剂的长期稳定性。
总之，高效固体催化剂的设计与合成是一项复杂而重要的研究任务。
高效固体催化剂设计与应用
高效固体催化剂设计与应用催化剂在化学反应中起着至关重要的作用，能够显著提高反应速率和选择性。
随着科学技术的不断进步，固体催化剂的设计与应用越来越引起广泛关注。
本文将探讨高效固体催化剂的设计原则及其在各个领域中的应用。
固体催化剂的设计基于其组成成分、活性位点和微观结构等因素。
首先要考虑的是选择合适的载体材料，例如氧化物、氮化物和碳材料等，以及合适的催化剂活性金属。
固体催化剂的活性位点往往是金属或非金属的特殊结构，如金属的表面活性位点、缺陷位点或过渡态金属簇等。
此外，催化剂的微观结构对其催化性能也有重要影响，如晶体结构的尺寸、形貌以及孔道结构的大小和形状等。
高效固体催化剂的设计原则之一是提高催化剂的反应活性。
为了实现这一目标，可以通过优化活性位点的结构和表面性质，例如增加活性位点的比表面积、提高活性位点的表面原子比例以及改变活性位点的电子结构等。
另一方面，还可以通过调控催化剂的表面酸碱性质、氧化还原性质和催化剂-底物之间的相互作用力等，从而增强催化剂的吸附能力和催化活性。
在工业生产中，高效固体催化剂的设计与应用已经得到了广泛应用。
催化剂的应用领域包括催化裂化、加氢、脱氮、氧化反应等。
以催化裂化为例，通过合理设计催化剂的组成和结构，可以提高石油裂化的产物选择性和转化率，实现高效能源转化和资源利用。
另外，在汽车尾气净化领域，高效固体催化剂能够有效地将有害气体转化为无害物质，减少对环境的污染。
此外，固体催化剂在可再生能源领域的应用也日益受到重视。
例如，通过设计高效的光催化剂，能够利用太阳能进行光解水制氢，从而实现清洁能源的生产。
此外，固体催化剂还可以应用于生物质转化和CO2捕获等领域，有助于减少对化石燃料的依赖和减少温室气体的排放。
为了提高固体催化剂的效率和稳定性，还可以通过合成纳米催化剂、设计多功能催化剂和构筑催化剂的协同作用等方式进行进一步的研究。
纳米催化剂具有较高的比表面积和较大的缺陷位点，能够提高反应速率和催化活性。
高效固态催化剂的设计与应用
高效固态催化剂的设计与应用1. 引言固态催化剂是一种在固态条件下进行催化反应的材料，具有高效、稳定和环境友好等优点。
本文将探讨高效固态催化剂的设计原则、制备方法以及其在各个领域的应用。
2. 高效固态催化剂的设计原则（1）活性位点设计：通过合理设计固态催化剂的活性位点，控制反应底物在活性位点上的吸附和反应过程，优化催化剂的催化性能。
（2）杂化催化剂设计：将两种或多种具有不同催化机理的材料组合，形成杂化催化剂，发挥不同成分的协同效应，提高催化剂的催化活性和选择性。
（3）结构调控：通过调控固态催化剂的晶体结构、孔道结构等特征，优化催化剂的反应活性和稳定性。
3. 高效固态催化剂的制备方法（1）溶胶-凝胶法：通过溶胶-凝胶法制备固态催化剂，可以控制催化剂的孔道结构和比表面积，提高催化剂的活性。
（2）离子交换法：利用离子交换树脂的选择性吸附作用，将中性物质转化为离子状态，并与固态催化剂中的不活性物质实现离子交换，生成具有催化活性的物质。
（3）光化学法：通过光化学反应制备固态催化剂，利用光能激发催化剂表面的电子，增强催化剂的活性。
4. 高效固态催化剂在能源领域的应用（1）固态催化剂在光催化分解水制氢中的应用：将固态催化剂与可见光吸收剂相结合，实现太阳能的高效利用，促进水的光解反应生成氢气。
（2）固态催化剂在CO2还原中的应用：通过设计合适的固态催化剂，实现CO2的高选择性还原为有用的化学品，如甲醇等。
（3）固态催化剂在锂离子电池中的应用：将固态催化剂应用于锂离子电池的电极材料中，提高电池的循环稳定性和充放电性能。
5. 高效固态催化剂在有机合成中的应用（1）固态催化剂在不对称合成中的应用：通过合理设计固态催化剂的结构和活性位点，实现对手性化合物的高选择性合成。
（2）固态催化剂在碳碳键形成反应中的应用：利用固态催化剂促进碳碳键形成反应，有效地合成有机化合物。
（3）固态催化剂在催化剂回收利用中的应用：将固态催化剂固定在载体上，便于催化剂的回收和再利用，降低成本和环境污染。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、催化剂设计的总体考虑
催化剂设计：根据合理的程序和方法有效地利用未系统化的法 则、知识和经验，在时间上和经济上最有效的开发和制备新催 化剂的方法： 1）要进行热力学分析，指明反应的可行性，最大平衡产率和所 要求的最佳反应条件，催化剂的经济性和催化反应的经济性， 环境保护等； 2）分析催化剂设计参数的四要素：活性、选择性、稳定性/寿 命、再生性。 3）催化反应过程与催化剂化学性质有关；而传质传热则与物理 性质有关，要兼而顾之。
二、催化剂主要组分的设计 • 一般而言，大多数固体催化剂由三部分组成：活性组分、助剂 和载体。
• 催化剂中主要组分就是指催化剂中最主要的活性组分，是 催化剂中产生活性、可活化反应分子的部分。 • 一般来说，只有催化剂的局部位置才产生活性，称为活性 中心或活性部位。 • 催化剂的非均匀性。 • 活性中心可以是原子、原子簇、离子、离子缺位等，但在 反应中活性中心的数目和结构往往发生变化。 • 主要组分的选择依据：1）根据有关催化理论归纳的参数；2） 基于催化反应的经验规律；3）基于活化模式的考虑。
中， eg轨道相当自由，可以参与 键合， t2g轨道由于已有相当程度
的充填，使之只能参与π成键，化学吸附物种的键强取决于轨道构型 的不同。用这种模型，原则上可以解释金属表面的化学吸附。不仅如 此，它还能解释不同晶面之间化学活性的差别；不同金属间的模式差 别和合金效应。如：吸附热随覆盖度增加而下降，最满意的解释是吸 附位的非均一性，这与定域键合模型的观点一致。 Fe 催化剂的不同 晶面对 NH3 合成的活性不同，如以 [110] 晶面的活性为 1 ，则 [100] 晶
字上等于实验测得的磁距。测得d空穴为2.2，1.7，0.6。d空穴越多可供反 应物电子配位的数目越多，但主要从相匹配来考虑。
例如：Fe=个电子转移，因此
采用Fe比较合适；再如：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。
性百分数在40%-50%之间为佳(IB,VIB,VIIB,VIII，d％ = 36 ~ 49%, 其中，Cr, Fe, Co, IB 小于40%)，如乙烯在各种金属薄膜上的催化加氢，随d特性百分
数增加，加氢活性也增加，Rh > Pd > Pt > Ni > Fe > Ta。
d%不仅以电子因素关系金属催化剂的活性，而且还可以控制原子间距或格 子空间的几何因素去关联。因为金属晶格的单键原子半径与d%有直接的关
面的活性为它的21倍；而[111]晶面的活性更高，为它的440倍。这已
为实验所证实。
• 几何因素：要求催化剂原子和反应物分子结构在几何尺寸上接近。分
子的活化是通过与催化剂表面的相互作用而实现的，即：由化学吸附 而形成活化络合物，再进一步反应。如果这种作用力是属于共价键的 话，那么形成的表面键就具有一定的方向性，要使反应分子活化，首 先必须在化学吸附过程中使某些键变形，甚至断裂。这就要求反应物 分子中原有的键与催化剂表面原子间的键长相对应，键角的张力最小 • 金属催化剂多位理论：晶格间距对于了解金属催化活性有一定的重要 性。不同的晶面取向，具有不同的原子间距。不同的晶格结构，有不 同的晶格参数。例如，用不同的金属膜催化乙烯加氢，其催化活性与 晶格间距有一定关系。Fe、Ta、W等体心晶格金属，取[110]面的原子 间距作晶格参数。活性最高的金属为Rh，其晶格间距为0.375nm。这 种结果与以d%表达的结果除W外都完全一致。
2.1 根据有关催化理论的参数进行考虑
1、d 特性百分数：在成键轨道中d轨道占的百分率称为d特性百分数。
金属的d特性百分数越大，表明电子留在d带中的百分数越多，也就表明d带
中空穴越少。 对化学吸附而言，催化反应要求吸附不能太强，也不能太弱。
金属的 d特性百分数与其催化活性有一定关系。在金属加氢催化剂中， d特
系，电子因素不仅影响到原子间距，还会影响到其他性质。一般d%可用于
解释多晶催化剂的活性大小，而不能说明不同晶面上的活性差别。
2、d带空穴数：过渡金属的 d带上有能级而无电子，称为 d带空穴，它具有
获得电子的能力。在在化学吸附时，可与被吸附分子形成吸附键。按能带理 论，这是催化活性的根源。
不成对的电子引起顺磁或铁磁性。铁磁性金属（Fe、Co、Ni）的d带空穴数
4、金属催化剂中几何因素的影响
• 配位场理论：面心立方的正八面体对称配位场中，简并能级发生分裂， 分成 t2g轨道和 eg轨道。 t2g包括 dxy、 dxz和 dyz ， eg 包括 dx2-y2 和
dz2 。 eg能带高， t2g能带低。因为它们具有空间指向性，所以表面
金属原子的成键具有明显的定域性。这些轨道以不同的角度与表面相 交，这种差别会影响到轨道健合的有效性。在周期表后部的过渡金属
而费米能级较高的 Ni、Pd、Pt对H2分子的化学吸附的强弱较适中，因此 是有效的加氢催化剂。另外，费米能级密度好似一个容量因素，决定对反
应物分子吸量的多少。能级密度大对吸附量增大有利。
• 逸出功与电离势之间的关系 • 化学吸附后金属的逸出功会发生变化。如O2，H2，N2，饱和烃在金属上 吸附时。金属将电子给予被吸附分子在表面上形成负电子层，如：Ni+N-， W+O-等，造成电子进一步逸出困难，逸出功增大。而当C2H4，C2H2， CO（有π键）把电子给予金属，金属表面形成正电层，使逸出功降低。
化学吸附过程是往往是催化反应的控制步骤。
1)若反应控制步骤是生成负离子吸附态，则要求金属表面容易给出电 子。Φ值要小，才有利于形成该吸附态。如：某些氧化反应是以O-、 O2-、O=等吸附态为控制步骤。当催化剂的Φ越小，氧化反应活化能 越小。 2)若反应控制步骤是生成正离子吸附态，则要求金属催化剂表面容易 得到电子，这时Φ越大，反应的活化能越低。 3)若反应控制步骤为形成共价吸附，则要求Φ=I相当为好
3、金属的费米能级、逸出功和吸附物种的电离势
• 催化反应过程要求化学吸附的强弱适中。这与费米能级之间存在一定的关 系。费米能级的高低是一个强度困素，对于一定的反应物来说，费米能级 的高低决定了化学吸附的强弱。如：当费米能级较低时，如，d空穴过多
的 Cr 、 Mo、W 、 Mn等由于对 H2 分子吸附过强，不适合作加氢催化剂，