多相催化

多相催化

多相催化反应是气态或液态反应物与固态催化剂在两相界面上进行的催化反应。其历程至少包括反应物在催化剂表面上的化学吸附，吸附中间物的转化(表面反应)和产物脱附三个连续步骤。阐明一个多相催化反应的历程，需揭示有关催化剂的活性部位和表面吸附中间物的结构和性质；吸附与催化反应的关系(如吸附分子之间反应或吸附分子与气相分子反应)；催化剂表面活性部位如何在催化循环中获得再生以使催化反应能连续进行等。一般是通过多相催化反应的动力学与催化剂的物理化学分析以获得对其历程的了解和应用，下面就让我来阐述具体的影响过程。

吸附质分子与固体表面原子(或分子)发生电子的转移、交换或共有，形成吸附化学键的吸附。由于固体表面存在不均匀力场，表面上的原子往往还有剩余的成键能力，当气体分子碰撞到固体表面上时便与表面原子间发生电子的交换、转移或共有，形成吸附化学键的吸附作用。

化学吸附的主要特点是：仅发生单分子层吸附；吸附热与化学反应热相当；有选择性；大多为不可逆吸附；吸附层能在较高温度下保持稳定等。化学吸附又可分为需要活化能的活化吸附和不需活化能的非活化吸附，前者吸附速度较慢，后者则较快。

化学吸附是多相催化反应的重要步骤。研究化学吸附对了解多相催化反应机理，实现催化反应工业化有重要意义。

吸附特点与物理吸附相比，化学吸附主要有以下特点：①吸附所涉及的力与化学键力相当，比范德华力强得多。②吸附热近似等于反应热。③吸附是单分子层的。因此可用朗缪尔等温式描述，有时也可用弗罗因德利希公式描述。捷姆金吸附等温式只适用于化学吸附：V/Vm=1/a·㏑CoP。式中V是平衡压力为p 时的吸附体积；Vm是单层饱和吸附体积；a和c0是常数。④有选择性。⑤对温度和压力具有不可逆性。另外，化学吸附还常常需要活化能。确定一种吸附是否是化学吸附，主要根据吸附热和不可逆性。

吸附机理

可分3种情况：①气体分子失去电子成为正离子，固体得到电子，结果是正离子被吸附在带负电的固体表面上。②固体失去电子而气体分子得到电子，结果是负离子被吸附在带正电的固体表面上。③气体与固体共有电子成共价键或配位键。例如气体在金属表面上的吸附就往往是由于气体分子的电子与金属原子的d 电子形成共价键，或气体分子提供一对电子与金属原子成配位键而吸附的。

在复相催化中的作用及其研究

在复相催化中，多数属于固体表面催化气相反应，它与固体表面吸附紧密相关。在这类催化反应中，至少有一种反应物是被固体表面化学吸附的，而且这种吸附是催化过程的关键步骤。在固体表面的吸附层中，气体分子的密度要比气相中高得多，但是催化剂加速反应一般并不是表面浓度增大的结果，而主要是因为被吸附分子、离子或基团具有高的反应活性。气体分子在固体表面化学吸附时可能引

起离解、变形等，可以大大提高它们的反应活性。因此，化学吸附的研究对阐明催化机理是十分重要的。化学吸附与固体表面结构有关。表面结构化学吸附的研究中有许多新方法和新技术，例如场发射显微镜、场离子显微镜、低能电子衍射、红外光谱、核磁共振、电子能谱化学分析、同位素交换法等。其中场发射显微镜和场离子显微镜能直接观察不同晶面上的吸附以及表面上个别原子的位置，故为各种表面的晶格缺陷、吸附性质及机理的研究提供了最直接的证据。

酶的活性部位（又称活性中心），酶的催化作用是通过其与底物形成复合物（即中间产物）降低反应能阈来实现的。酶是一个大分子蛋白质，而底物往往是小分子化合物，现已证实，酶分子表面不是任何部位都能与底物相结合的。只有称为酶的活性部位才能与底物结合并进行催化作用。酶的活性部位：有些必需基团虽然在一级结构上可能相距很远，但在形成空间结构时彼此靠近，集中在一起，形成具有一定空间结构的区域，并能与底物特异地结合，将底物转化为产物。这一区域，称为酶的活性部位。对于缀合酶来说，辅因子上某一部分的结构，往往是活性部位的组成成分。酶的活性部位在酶的催化机制中的作用：由于酶的活性部位与底物结合后，能使底物作用浓度相对增加，易于反应（称为邻近效应，；或使底物功能基团受酶影响，作定向转移），更有利于催化作用发生；或活性部位内的催化基团提供质子或吸收质子，呈现酸碱催化剂的作用；或形成一个以共价键相结合的活泼中间物，降低活化能；或使底物分子中某些化学键受到牵拉变形而易断裂（又称底物形变），这些因素相互配合，使催化效率大为提高。