关于催化剂的综述.docx

关于催化剂表（界）面研究的综述 摘要 ：本文介绍了催化剂表（界）面的结构、性质、构性关系及调控的研究现状，尤其是针 化剂表 （界 ） 面的研究，并对催化剂表（界）面研究的发展前景作了展望。 关键词 （界）面；研究现状 对纳米催 ：催化剂；表 0 引言 催化是现代化学工业的支柱， 90% 以上的化工过程、 60% 以上的化工产品与催化技术相 关，因 此催化剂是现代化学工业的心脏 [1-3] 。此外，随着世界工业的发展，保护人类赖以生 存的大气、 水源 和土壤， 防止环境污染已经是一项迫在眉睫的任务。在这方面，催化剂也发 挥着不可替代的作用，将 会对人类社会的可持续发展作出重大贡献。 按催化反应系统物相的均一性进行分类， 可将催化剂分为多相 （非均相）催化剂、 均相 催化剂 和酶催化剂。 多相催化剂是指反应过程中反应物分子分散于不同相中的催化剂， 它与 反应物之间存 在相界面，相应的催化反应称为多相催化反应，包括气 - 液相催化反应、气 -固 相催化反应、 液 - 固相催化反应和气 - 液- 固相催化反应。 目前， 化学工程等领域应用最广泛的 是多 相催化剂。 多相催化反应与固体催化剂的表（界）面性质密切相关。①催化剂的表（界）面反应物 吸附位。 催化剂固体的比表面积越大， 反应物分子在表面吸附的概率就越大， 催化反应速率 就越快。因此， 具有高比表面积的多孔固体如活性炭、硅胶、氧化硅、分子筛等经常用作催 化剂的载体。②不同表 （界）面结构的催化剂，其催化反应性能不同，催化剂的活性和催化 剂具有的各种缺陷（点缺陷和线 缺陷）有直接的关系。例如， 金属镍催化剂催化苯加氢生成 环己烷时， 镍经过冷轧处理后， 催化活 性增加很多，而经过退火处理后催化活性降低。 这是 由于冷轧处理后可增加催化剂的位错和点缺陷。 而位错和点缺陷附近的原子有较高的能量， 增加了价键不饱和性，容易与反应物分子作用，因此表现 出较高的活性。相反，退火处理会 使催化剂中位错和点缺陷数目减少， 因此表现出较低活性。 ③对 于负载型催化剂， 金属晶粒 的大小，也就是分散度，在很大程度上影响催化活性。通常，表面上的原 子有三种类型，即 处于晶角上的、晶棱上的和晶面上的。晶粒大小不同，晶角、晶棱和晶面原子分数 不同，不 同位置处， 各类催化反应发生的概率存在差异。 此外， 对于不同反应要求金属催化剂具有 不 同大小的晶粒。④当纳米材料用作催化剂时，由于独特的物理或化学性能和独特的表（界） 与性质，与传统催化剂相比，可以显著提高催化效率。 基于催化剂在现代化学工程的重要作用，针对催化剂表（界）面的结构、性质、构性关 面结构 系及调控 的研究，尤其是针对纳米催化剂表 （界） 面的研究，具有重要的科学和实用价值。 1 催化剂表 （界）面结构的理论研究现状 这里着重介绍一下以量子力学密度泛函为代表的理论研究现状。 量子力学涉及核外电子的相互作 用，通过求解薛定谔方程研究体系的结构与电子性质， 可以分为从头计算法、半经验分子轨道理论、 Xa 方法和电子密度泛函理论方法等。电子密 度泛函理论是催化研究中常用的方法， 可以进行金属活 性组分与载体之间相互作用及形成的 界面结构与性质的研究； 对各种物系的吸附、 活化、扩散的研 究； 进行催化反应机理的研究。 目前， 以密度泛函理论为代表的量子化学方法已经广泛用于研究催 化剂的表