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催化作用原理

第二章 催化作用的化学基础

1、催化剂的性能指标 活性： 衡量催化剂效能大小、表示催化剂加快化学反应速率程度的一种度量。

选择性

工厂常用产率来表示催化剂的优劣：

催化剂的活性可用以下三种方法来表示： （1）反应速率

反应速率用来表示反应的快慢。当用反应速率比较催化剂的活性时，应保证反应时的温度压力和原料的配比等均相同，此时反应速率越快表示催化剂的活性越好。 （2）转化率

转化掉的反应物的量占反应物总量的百分数。是常用的比较催化剂活性的参量。

在用转化率比较活性时，要求反应温度、压力、原料气浓度和停留时间都相同。此时，转化率越高，催化剂的活性越大。 （3）活化能

一般说，一个反应在某催化剂上进行时活化能低，则表示该催化剂的活性高，反之亦然。通常都是用总包反应的表观活化能作比较 2.固体催化剂的组成

四部分：主催化剂，共催化剂，助催化剂（助剂），载体

A：主催化剂（主活性组分）: 在催化剂中产生活性的组分。 B：共催化剂：即和主催化剂同时起作用的组分。 C：助催化剂：（助剂，促进剂）本身无活性或活性较小，加入少量后，可大大

提高催化剂的活性、选择性、寿命、稳定性等性能的物质。它又可以区分为： （1）结构性助剂：改变活性组分的物理性能。

（2）调变性（电子性）助剂：改变活性组分的电子结构（化学性能）来提高活性组分的活性和选择性等的物质。

K2O：使V2O5能级发生变化，改变了它的电子结构性能，提高了活性—调变性。 （3）晶格缺陷型助剂：使活性相原子排列无序化，从而使活性物质微晶间形成更多的晶格缺陷，产生了新的活性中心，使活性提高的物质。

（4）扩散型助剂： 加入硝酸盐、碳酸盐或有机物，使之在焙烧时分解而在催化剂中形成孔，提高体相内活性组分的利用率的物质。 （5）毒化型助剂：消除

D：载体：担载活性组分和助剂的物质。

载体和助剂区别： 载体量大，活性作用缓和、不明显；助剂量少，活性作用明显。

载体在催化剂中的作用：

1) 支撑作用：决定催化剂的基本物理结构和性能。如：孔结构，比表面，机械强度等。

2）分散作用：提高活性组分利用率，减少活性组分的用量，降低成本。

3）助催化作用：a）提供附加活性中心，如双功能Pt/Al2O3；b）和活性组分相互作用，形成具有催化性能的新表面物种。

4）稳定化作用：a）增加催化剂活性组分的抗毒性能，延长寿命；b）提高催化剂的热稳定性， 如：Cu, Pd 200oC开始半溶,烧结失活, 载在Al2O3 或 SiO2 500oC下可长时间使用。

3.催化作用的实现

A:改变反应历程，不参与最终产物 ；

B:催化剂只能加速热力学上认为可能发生的反应，对于热力学计算表明不可能发生的反应，使用任何化学催化剂是徒劳的。

C:催化剂只能加速反应趋向平衡，而不能改变化学平衡位置。 D:催化剂对化学反应具有选择性。 4.催化剂的稳定性指的是哪几个方面？

（1）化学稳定性：保持稳定的化学组成和化合状态。

（2）耐热稳定性：能在反应条件下不因受热而破坏其物理化学状态，能在一定温度范围内保持良好的稳定性。

（3）抗毒稳定性：催化剂对有害杂质毒化的抵抗能力，这种能力越强越好。 （4）机械稳定性：固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击、重压、温度等引起的种种应力的程度。 稳定性或寿命

第三章 吸附作用与多相催化

1.吸附作用几个关键概念：

现象：当气体与清洁的固体表面接触时，在固体表面上气体的浓度高于气相．这

种现象称为吸附现象。

吸附质：被吸附的气体称为吸附质。 吸附剂：吸附气体的固体称为吸附剂。

吸附态：吸附质在固体表面上吸附后存在的状态称为吸附态。 吸附中心或吸附位：通常吸附是发生在固体表面的局部位置，这样的位置称为吸附中心或吸附位。

表面吸附络合物：吸附中心与吸附态共同构成表面吸附络合物。

吸附过程：当固体表面上的气体浓度由于吸附而增加，称为吸附过程。 脱附过程：气体浓度在表面上减少的过程，则称为脱附过程。

吸附平衡：当吸附过程进行的速率与脱附过程进行的速率相等 时，表面上气体的浓度维持不变，这样的状态称为吸附平衡。 2. 简述物理吸附和化学吸附的区别？

物理吸附和化学吸附的本质区别是它们的吸附力不同，物理吸附是范德华力；化学吸附是化学键力。发生物理吸附时被吸附分子结构变化不大；发生化学吸附时被吸附分子结构发生变化。另外物理吸附是单层或多层吸附，吸附时无选择性，热效应较小，吸附速率较快不受温度影响，不需活化能；而化学吸附是单层吸附，吸附时有选择性，热效应较大小，吸附速率较慢，需活化能；

2. 吸附强弱的度量方法：

吸附物种与催化剂表面键合形成化学吸附键的强弱，由反应物与催化剂的性质及吸附条件决定。其数值大小可由化学吸附热度量。吸附热越大，吸附键愈强；反之，吸附热越小．吸附键越弱。因此，吸附热是选择催化剂时要考虑的因素之一。

（1）积分吸附热：在一定温度下，当吸附达到平衡时，平均吸附1mol气体所放出的热量称为积分吸附热q积，它反映了吸附过程中在一个比较长的时间内，热量变化的平均结果，常用于区分物理吸附与化学吸附。

（2）微分吸附热：催化剂表面吸附的气体从n mol 增加到 (n+dn) mol时，平均吸附每摩尔气体所放出的热量－微分吸附热。 ? 反映了吸附过程某一瞬间的热量变化。 ? 微分吸附热是表面覆盖度?的函数

? 表面覆盖度－已被吸附分子覆盖的表面积占总表面积的分率。 ? 用初始吸附热与催化活性相关联，比较不同催化剂的催化活性。

? 微分吸附热是覆盖度?的函数，其变化关系比较复杂。有三种类型。 类型I，吸附热与覆盖度无关，即吸附热为常数。这是理想的吸附情况，实际遇到的较少。此类吸附称为朗格缪尔(Langmuir)吸附。

类型II，微分吸附热随覆盖度增加呈线性下降。此类吸附称为焦姆金（Temkin）

吸附。q=q0-βθ

类型III，微分吸附热随覆盖度增加呈对数下降。此类吸附称为费兰德利希

(Frundlich)吸附q=q0-αlnθ 。后两类吸附热皆随覆盖皮变化，称为真实吸附。

（3）吸附 活化能、 脱附活化能 随覆盖度的变化: 类型I，活化能与覆盖度无关