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所有的金属都可以当催化剂吗?为什么那些特定的金属可以?

所有的金属都可以当催化剂吗?为什么那些特定的金属可以?

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所有的金属都可以当催化剂吗?为什么那些特定的金属可以?

对于能做催化剂的金属而言,一般需要其有较丰富的电子性质,有较大容易变形的电子云,这样利于接触反应物,同时松散的电子云也利于反应的产物的离去。因此,过渡金属(Ni、Pt、Pd、Ru)具有较好的催化性能,而主族金属作为催化剂的主要活性中心较少,因为主族金属元素倾向于失去或得到电子形成稳定,相对惰性的电子结构,不利于和反应底物发生作用。比如,Li,Na,K,Mg,Ca等,因而不能作为催化剂的主要活性成分。当然有些场合可以作为添加剂存在,改进催化剂的性能。

通常,金属作为主要活性中心的催化剂有多种形式,可以表现为零价态的金属催化剂、具有可变价态的金属氧化物催化剂、离子形式的金属配合物催化剂等等。

对于零价态的金属催化剂,金属一般是以零价形式存在,比如Ni、Pt、Pd、Ru等等。这类金属用于加氢的较多。段昊解释的加氢反应的中间产物图式,便是经典一例。

对于具有可变价态的金属氧化物催化剂,通常是用在氧化反应中。一般而言该金属化合价可变,利于反应过程中传递电子,实现氧化。比如锰的氧化物形式的催化剂。

另外,对于“Ni, Pt, Pd, Rh催化烯烃和氢气的加成反映?它们在周期表上是同一个副族,有什么关系吗?”不严格的话,可以理解为这类金属是同一个副族,因而电子性质在某些方面有相似性,表现在催化上都可以加氢。但具体上,加氢的活性是有区别。

金属催化剂分为负载型和非负载型。非负载型催化剂主要为金属单质或合金,以副族金属和贵金属为主。而负载型催化剂主要是有金属盐浸渍在载体上,经沉淀转化或热分解后还原制得,主要考虑控制热处理和还原条件而非金属在元素周期表中的位置。

对于加氢反应,Ni,Pt,Pd等元素的催化原理正如楼上所述,而现阶段工业加氢反应中,常常使用合金催化剂,改变催化剂特性。例如在镍催化剂中加入少量铜,能够使镍催化剂原有表面构造发生变化,从而使乙烷加氢裂解活性迅速降低。

1 轨道匹配, Ni,Rh,Ir等的d电子轨道能够跟氢气的成键轨道作用,可以发生氧化加成。不能和氢作用形成M-H的不多