合金催化剂优秀PPT.ppt

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1、合金催化剂第1页，本讲稿共11页合金催化剂基本原理合金催化剂基本原理 是用合金法调变金属催化剂的带空穴，从而改变是用合金法调变金属催化剂的带空穴，从而改变催化性能催化性能(选择性选择性,反应速率等反应速率等),),包括改变金属催化剂包括改变金属催化剂的电子特性的电子特性,还原特性还原特性,以及它的分散度以及它的分散度.合金催化剂定义合金催化剂定义 将过渡金属含有将过渡金属含有 带空穴的组分（、），带空穴的组分（、），与与 不含不含 带带 空空 穴穴 但但 具有未配对的具有未配对的 电子的第电子的第 副族元素副族元素（、）组（、）组 成成 合合 金（金（-、-、-等）。等）。第2页，本讲稿共11

2、页 例:(1)添加铼到重整催化剂(三氧化二铝上载铂)会增加铂的分散度。(2)在苯乙烯加氢反应实验中发现随合金中、含量增加，催化活性降低。认为其原因是、等元素中的 电子填充到、的 带空穴中去，使过渡金属的 带空穴数减少所致。第3页，本讲稿共11页合金催化剂电子效应和几何效应合金催化剂电子效应和几何效应 从能带理论出发，认为当二者形成合金时，、和从能带理论出发，认为当二者形成合金时，、和 中的中的 电子电子有可能转移到有可能转移到、的、的 带空穴中，使得合金催化剂的带空穴中，使得合金催化剂的 空穴数变空穴数变小，从电子因素来看，这将会引起合金催化剂的催化活性发生变化。但是近小，从电子因素来看，这将

3、会引起合金催化剂的催化活性发生变化。但是近 多年来的一些研究结果表明，对多年来的一些研究结果表明，对-合金，即使合金中合金，即使合金中 原子含量原子含量超过超过，每个每个 原子的原子的 带空穴数仍为带空穴数仍为。这说明合金中这说明合金中 电子大部分仍然定域在电子大部分仍然定域在 原子中，而原子中，而 的的 带空穴仍大部分定域在带空穴仍大部分定域在 原子中。的电子性质或化学特性并原子中。的电子性质或化学特性并不因与不因与 形成合金而发生显著变化，这与能带理论的推测不相符。形成合金而发生显著变化，这与能带理论的推测不相符。原子的电子结构不因原子的电子结构不因 的引入形成合金而有很大变化，这是因的引

4、入形成合金而有很大变化，这是因为为-是一种吸热合金，在此合金中可能形成是一种吸热合金，在此合金中可能形成 原子簇，而原子簇，而 和和 的电子相互作用并不大。的电子相互作用并不大。第4页，本讲稿共11页 相反，对放热合金相反，对放热合金-而言，情况就而言，情况就不一样了。合金中不一样了。合金中 含量小于含量小于 时，时，每个每个 原子的原子的 带空穴数从带空穴数从.降至降至.。而从。而从 射线光电子能谱的数据表明，随射线光电子能谱的数据表明，随 的加入的的加入的 带空穴被填满。这是因为带空穴被填满。这是因为-两个不同原子间成键作用比两个不同原子间成键作用比-合金大，所以合金大，所以 的电子结构受

5、合金的影响会产生的电子结构受合金的影响会产生电子效应。电子效应。第5页，本讲稿共11页合金催化剂的研究进展合金催化剂的研究进展 -非晶态合金非晶态合金 非晶态合金是于非晶态合金是于2020世纪世纪6060年代初年代初问世问世的。的。对其催化特性的对其催化特性的研究研究是从是从2020世纪世纪8080年代初开始的。年代初开始的。19801980年年Smith G VSmith G V发表了第一篇有关非晶态合金发表了第一篇有关非晶态合金催化性能的报告。催化性能的报告。第6页，本讲稿共11页非晶态合金催化剂的介绍非晶态合金催化剂的介绍 (1)非晶态合金短程有序非晶态合金短程有序,含有很多配位不饱和原

6、子含有很多配位不饱和原子,富于反应性富于反应性,从而从而具有较高的表面活性中心密度。具有较高的表面活性中心密度。(2)非晶态合金长程无序非晶态合金长程无序,是一种没有三维空间原子周期排列的材料。是一种没有三维空间原子周期排列的材料。其表面保持液态时原子的混乱排列其表面保持液态时原子的混乱排列,有利于反应物的吸附。而有利于反应物的吸附。而且从结晶学观点来看且从结晶学观点来看,非晶态合金不存在通常结晶态合金中所存非晶态合金不存在通常结晶态合金中所存在的晶粒界限、位错和积层等缺陷在的晶粒界限、位错和积层等缺陷,在化学上保持近理想的均匀在化学上保持近理想的均匀性性,不会出现偏析、相分凝等不利于催化的现

7、象。不会出现偏析、相分凝等不利于催化的现象。非晶态合金也称无定形合金非晶态合金也称无定形合金,其微观结构不同于晶态其微观结构不同于晶态金属金属,并且在热力学上处于不稳或亚稳状态并且在热力学上处于不稳或亚稳状态,从而显示从而显示出独特的物理化学性质出独特的物理化学性质:第7页，本讲稿共11页 20 20 世纪世纪80 80 年代初以来年代初以来,众多的研究者探讨了非晶众多的研究者探讨了非晶态合金作为新的高活性催化剂的可能性态合金作为新的高活性催化剂的可能性,认为其表面认为其表面上存在着结晶合金中所没有的催化活性中心上存在着结晶合金中所没有的催化活性中心,这可这可能是由几个原子团构成的活性中心能是

8、由几个原子团构成的活性中心,并且大多数情并且大多数情况下都是配位不饱和键。研究表明况下都是配位不饱和键。研究表明,其活性高于相应其活性高于相应的晶态合金的晶态合金,有特殊的选择性有特殊的选择性,且成本较低且成本较低,不会造不会造成污染成污染,是一种新型绿色催化材料。另外是一种新型绿色催化材料。另外,它具有一它具有一般晶态合金所没有的特性般晶态合金所没有的特性,如较高的电阻率如较高的电阻率,半导及半导及超导的特性超导的特性,良好的抗辐射性能及抗腐蚀能力。良好的抗辐射性能及抗腐蚀能力。第8页，本讲稿共11页非晶态合金催化剂的研究非晶态合金催化剂的研究开发前景开发前景 大多数的金属大多数的金属,类金

9、属都可以制成非晶态合金类金属都可以制成非晶态合金,它的组成它的组成不受平衡的限制不受平衡的限制,并可在较宽的范围内变化并可在较宽的范围内变化,这就为调整这就为调整其催化活性并寻求最佳配方提供了宽广的范围。虽然其催化活性并寻求最佳配方提供了宽广的范围。虽然目前非晶态合金催化剂仍存在比表面积小目前非晶态合金催化剂仍存在比表面积小,热稳定性热稳定性差的缺点差的缺点,但其但其对一些不饱和化合物的催化加氢性能对一些不饱和化合物的催化加氢性能明显好于晶态催化剂明显好于晶态催化剂,是一类很有发展前景的新型是一类很有发展前景的新型催化材料。非晶态合金催化剂除了在石油化工中显催化材料。非晶态合金催化剂除了在石油

10、化工中显示了广阔的应用前景外示了广阔的应用前景外,在医疗中间体等的加氢反在医疗中间体等的加氢反应中也有较好的应用前景。尤其在电催化上的潜在应中也有较好的应用前景。尤其在电催化上的潜在优势有待今后在开发燃料电池时有很好的发挥优势有待今后在开发燃料电池时有很好的发挥,在在催化传感上的应用前景也十分看好。催化传感上的应用前景也十分看好。第9页，本讲稿共11页非晶态合金催化剂的研究热点非晶态合金催化剂的研究热点目前目前,非晶态合金催化剂的研究热点之非晶态合金催化剂的研究热点之一一是是提高其活性提高其活性和自身的抗硫性能和自身的抗硫性能。人们发现海泡石与。人们发现海泡石与Ni-B Ni-B 非晶态非晶态

11、合金催化剂之间在表面相互作用合金催化剂之间在表面相互作用,可使非晶态合金的可使非晶态合金的还原性能和吸附性能发生改变还原性能和吸附性能发生改变,从而可以提高其催化从而可以提高其催化性能和抗硫毒性。非晶态合金催化剂的研究热点之性能和抗硫毒性。非晶态合金催化剂的研究热点之二二是是纳米级非晶态合金纳米级非晶态合金。由于纳米级非晶态合金镍。由于纳米级非晶态合金镍(Ni-P/Ni-B)(Ni-P/Ni-B)自身的特点和长处自身的特点和长处,它集超细粒子它集超细粒子与非晶态合金的特点于一体与非晶态合金的特点于一体,因此具有代替工业用骨因此具有代替工业用骨架镍催化剂的潜力架镍催化剂的潜力,它的应用可以减少污染并大幅度它的应用可以减少污染并大幅度的降低镍的消耗量的降低镍的消耗量,而这一点对于缺少镍金属的国情而这一点对于缺少镍金属的国情而言又具有特殊的意义。而言又具有特殊的意义。第10页，本讲稿共11页 Thank you!第11页，本讲稿共11页