浅谈几种多相催化剂

浅谈几种多相催化剂多相催化剂是指催化剂和反应物属不同物相，催化反应在其相界面上进行。多相催化剂主要包含以下几个分类。

  （一）固体酸碱催化剂

  固体酸催化剂是能够对碱进行化学吸附的固体，也指能够使碱性指示剂在其上面改变颜色的固体。相应地，固体碱催化剂是能够对酸进行化学吸附的固体，也指能够使酸性指示剂在其上面改变颜色的固体。

碱土金属氧化物中的MgO、CaO和SrO2是典型的固体碱催化剂。AlCl3、FeCl3是典型的固体L酸催化剂。复合氧化物中SiO2-Al2O3，TiO2-SiO2（TiO2为主），SiO2-TiO2（SiO2为主）都是酸性催化剂。Al2O3系列二元氧化物中，用得较广泛的是MoO3/Al2O3，加氢脱硫和加氢脱氮催化剂，用Co或者Ni改性的Al2O3- MoO3二元硫化物体系。

  固体酸催化剂表面上存在一种以上的活性部位，决定了它们的选择性。一般涉及C-C键断裂的反应，如催化裂化、骨架异构、烷基转移和歧化反应，都要求强酸中心；涉及C-H键断裂的反应如氢转移、水合、环化、烷基化等，都需要弱酸中心。

  （二）分子筛催化剂

  分子筛是结晶型的硅铝酸盐，具有均匀的孔隙结构。分子筛中含有大量的结晶水，加热时可汽化除去，故又称沸石。自然界存在的常称沸石，人工合成的称为分子筛。它们的化学组成可表示为Mx/n[(AlO2)x·(SiO2)y]·ZH2O。

  分子筛的结构特征可以分为四个方面、三种不同的结构层次。第一个结构层次也就是最基本的结构单元硅氧四面体（SiO4）和铝氧四面体（AlO4），它们构成分子筛的骨架。相邻的四面体由氧桥连结成环。环是分子筛结构的第二个层次，按成环的氧原子数划分，有四元氧环、五元氧环、六元氧环、八元氧环、十元氧环和十二元氧环等。环是分子筛的通道孔口，对通过分子起着筛分作用。氧环通过氧桥相互联结，形成具有三维空间的多面体，这是分子筛结构的第三个层次。多面体有中空的笼，笼是分子筛结构的重要特征。

  因为分子筛结构中有均匀的小内孔，当反应物和产物的分子线度与晶内的孔径相接近时，催化反应的选择性常取决于分子与孔径的相应大小，这种选择性称之为择形催化，主要有四种类型：反应物的择形催化、产物的择形催化、过渡态限制的选择性、分子交通控制的择形催化。择形催化在炼油工艺和石油工业生产中取得了广泛的应用，如分子筛脱腊、择形异构化、择形重整、甲醇合成汽油、甲醇制乙烯、芳烃择形烷基化等。

  （三）金属催化剂

  几乎所有的金属催化剂都是过渡金属，这与金属的结构、表面化学键有关。过渡金属是很好的加氢、脱氢催化剂，因为H2很容易在其表面吸附，反应不进行到表层以下。但只有“贵金属”（Pd、Pt，也有Ag）可作氧化反应催化剂，因为它们在相应温度下能抗拒氧化。

  对于金属催化剂来讲，值得一提的是金属、载体间的强相互作用，也称为SMSI效应。当金属负载于可还原的金属氧化物载体（如TiO2）上时，载体与金属间发生强相互作用，载体将部分电子传递给金属，从而减小了金属对H2的化学吸附能力。受SMSI效应影响，烃类的加氢、脱氢反应活性受到很大的抑制；有CO参加的反应，如CO + H2反应，CO+ NO反应，其活性得到很大提高，选择性也增强。从实际应用来说，利用SMSI解决能源及环保等问题有潜在意义。

  还有一点就是合金催化剂的协同效应（Synergeticeffect），由于协同效应的存在，合金催化剂的催化性能不再是单组分的简单加和。例如Ni-Cu催化剂可用于乙烷的氢解，只要加入5%的Cu，该催化剂对乙烷的氢解活性，较纯Ni的约小1000倍。继续加入Cu，活性继续下降，但速率较缓慢。这现象说明了Ni与Cu之间发生了相互作用。 

  （四）金属氧化物硫化物催化剂

金属氧化物催化剂常为复合氧化物，即多组分氧化物。如VO5-MoO3，Bi2O3-MoO3，TiO2-V2O5-P2O5等，组分中至少有一种是过渡金属氧化物。组分与组分之间可能相互作用，作用的情况常因条件而异。

金属硫化物催化剂也有单组分和复合体系。主要用于重油的加氢精制，加氢脱硫（HDS）、加氢脱氮（HDN）、加氢脱金属（HDM）等过程。