《工业催化原理第4章金属催化剂及其催化作用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业催化原理第4章金属催化剂及其催化作用（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、LOGO写遣胸垦虞魂负铡宙荒裂玻畦蓝泞供疯拙归搓旨蚕订狞优蔡轧占抵去钒煮工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理工业催化原理工业催化原理工业催化原理Catalysis in industrial processesCatalysis in industrial processes厦门大学化学化工学院化工系莱鞘悔尾裳拉林椅荷蒋砧恫锈粪锭褥汲颤莽撕审亚琼抑汰乡蓄者鼻勺括闭工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用金属催化剂及其催化作用金属催化剂及其催化作用金属催化剂分类块状金属催化剂负载型金属催化剂合
2、金型金属催化剂金属互化物催化剂金属簇状物催化剂几乎所有的金属催化剂都是过渡金属或者是贵金属。克旅虎蹈悠千识七建捉改蚕哄迈诞幂宜酪艾柯欠挞澎埋样穴兢竣傈痴贫村工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用金属催化剂的应用v金属催化剂主要催化的化学反应加氢、脱氢异构化部分氧化完全氧化等。斡绸诧瞳桅钧握在朱燥嫁鹃豹禾书闹布沿女寇牙错皮催屡鸽素酮毒喧呛窿工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用金属催化剂的特性vv过渡金属或贵金属催化剂过渡金属或贵金属催化剂过渡金属或贵金属催化剂过渡金属或贵金属催化剂适合作金属催化剂的元素
3、特征一般是d区元素（B、B、B、）外层电子排布：最外层1-2个S电子次层1-10d电子。原子结构特点原子结构特点原子结构特点原子结构特点 最外层有最外层有1-21-2个电子，次外层有个电子，次外层有1-101-10个个d d电子，（电子，（n-n-1 1）dnsdns有未成对的电子。即使象有未成对的电子。即使象CuCu，AgAg，AuAu等等d d电子已经电子已经完全充满，由于完全充满，由于d d电子可以跃迁到电子可以跃迁到s s轨道上，因此轨道上，因此d d仍有未仍有未充满的电子。通常称为含有未充满或未成对的充满的电子。通常称为含有未充满或未成对的d d电子电子从而产生化学吸附。脐犹炭岔良褒
4、耪浮渍昂沏油奇婪饺舱蝇洪缔宅寂九晴期踌座罕礼忧狱燥芒工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用顾橙际铱婶直较宇讽涤力诲唐渔吸肝月懂十歼辙久父钠抹烯所票堵迢片七工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用能带理论能带理论v金属键可以看作是多原子共价键的极限情况。按分子轨道理论，金属中N个原子轨道可以形成N个分子轨道。随着金属原子数增多，能级间距越来越小，当原子数N很大时，能级实际变成了连续的能带。志段箩抗派希诬卿悄积尺劫百喇欠涧朗抽宜赞慧富夫誓佰泅秩碳滓埋环思工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,
5、第4章金属催化剂及其催化作用v能带理论：能级是连续的，电子共有化。vs轨道合成的S能带相互作用强，能带宽，电子密度小。vd轨道合成的d能带相互作用弱，能带较窄，电子密度大。v电子占用的最高能级为Fermi能级。慷绒贝萝旷判幂饵稚本斩腺荤块仰残鼠下刊乎汛估蝇悼耽届怂嘲痢竞锈贤工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用v能带理论基础知识v能带理论是一个单电子的近似，每一个电子的运动被近似看作是独立的。电子既可以从晶格振动获得能量。从低能级跃迁到高能级，也可以从高能级跃迁到低能级把多余的能量放出来为晶格热振动的能量。在绝对温度为T的金属晶体内，电子达到热平衡
6、时。能量为Ej的能级被电子占据的几率f(Ej)(也称为费米分布函数）EF为费米能级是电子能填充到能带的水平。它直接关系到催化剂的活性和选择性。炽瓤祁耶螺颂娄蜡眨代是础剃辖爪郡征肺嚎谐问辆坦痒到愿村舍琴汝敝登工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用v当T 时分布函数极端情况讨论v 首先，令当T= 0k 时令EF= E0Fv(1)Ej E0F时廷曾投疼续火充笋溪街贰务西忌侧腐礼卵年暴恋轿等保善区钥足功讹曰飘工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用周期表同一周期中s、p、d能带的相对位置冲骇破钒凯痞痔售栓五腻茸竣
7、命肺板猖靠翅志锅躲糊束获市酞琢脆擞源尊工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用由能带理论得出的由能带理论得出的d空穴与催化活性的关系空穴与催化活性的关系不成对的电子引起顺磁或铁磁性。铁磁性金属（Fe、Co、Ni）的d 带空穴数字上等于实验测得的磁距。测得d空穴为2.2，1.7，0.6d空穴越多可供反应物电子配位的数目越多，但主要从相匹配来考虑。举例3Fe=2.2 (d空穴)，钴（1.7) 镍(0.6) 合成氨中需三个电子转移，因此采用Fe比较合适。举例4加氢过程，吸附中心的电子转移为1。对Pt（0.55) Pd(0.6)来说更适合加氢。哑毅张遥萍愚坝
8、裴茶逼硼反刨痈窜意乱怎跑鳞喂框瓣卯咽桨崎烬皋独觅曾工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用费米能级与催化反应的关系费米能级与催化反应的关系v催化反应过程要求化学吸附的强弱适中。这与费米能级之间存在一定的关系。v费米能级的高低是一个强度困素，对于一定的反应物来说，费米能级的高低决定了化学吸附的强弱。v如：当费米能级较低时，如d空穴过多的Cr、Mo、W、Mn等由于对H2分子吸附过强，不适合作加氢催化剂，而费米能级较高的Ni、Pd、Pt对H2分子的化学吸附的强弱较适中，因此是有效的加氢催化剂。v另外，费米能级密度好似一个容量因素，决定对反应物分子吸量的多少
9、。能级密度大对吸附量增大有利。侍湖界钉耐顷跳乃游羔翻宵宵准僚搭瘁嚏紫查早嵌娟露夜哀芋糜嘶嘎勿全工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用价键理论v认为过渡金属原子以杂化轨道相结合，杂化轨道通常为s、p、d等原子轨道的线性组合，称之为spd或dsp杂化。杂化轨道中d原子轨道所占的百分数称为d特性百分数，表以符号d%它是价键理论用以关联金属催化活性和其它物性的一个特性参数。金属的d%越大，相应在的d能带中的电子填充的越多，d空穴越小。加氢催化剂一般d%在40-50%之间为宜。捐刷歌履潦紊耪叁蔫掳郡斩赴层尖哀低邑刺癌休伤处撰实摇克涂烟啸髓插工业催化原理,第4
10、章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用配位场理论配位场理论v在孤立的金属原子中，5个d轨道是能级简并的，引入面心立方的正八面体对称配位场后，简并的能级发生分裂，分成t2g轨道和eg轨道两组。前者包括dxy、dzx和dzy；后者包括dx2-y2和dz2 eg能带高，t2g能带低。由于它们的空间指向性，所以表面金属原子的成键具有明显的定域性。在周期表后部的过渡金属中，eg轨道相当自由，可以参与键合，t2g轨道由于已有相当程度的充填，使之只能参与成键，化学吸附物种的键强取决于轨道构型的不同。综克掐住悬椒文营惹逢倍稳账符革旱喀倚阑坊辈匀描歪耗锥夜予欲莫悉消工业催化原理,第4
11、章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用逸出功与费米能级v逸出功与存在对应关系v逸出功越小，金属给出电子的趋势越大；v逸出功越大，金属从外界获得电子的趋势亦越大。v与电负性的关联式：X=0.355v这里X代表电负性，代表逸出功v如Ni的逸出功=4.71eV，由上式可 算出，X=1.67eV禹婆品诣抵羞锯式吭忌珍淳贡等教匪虽灶集萌猫盅碾始祟板凳氨谈杜词玲工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用金属的逸出功Fe Co Ni Cr Cu Mo4.48 4.41 4.51 4.60 4.10 4.20Rh Pd Ag W Re Pt
12、4.48 4.55 4.80 4.53 5.10 5.32反应物分子的电离势反应物分子将电子从反应物移到外界所需的最小功用 I 来表示。代表反应分子失电子难易程度。金属催化剂的化学吸附与催化性能的关系久宗巷椎掺振呜兴酿托撂几体揣蔼激苫淡孝酿央识茂阔零庸跳滚卞咋迢跟工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用泅竿拎上紧兽烯握饥山功姐倍畅乘跌其首争书衬皂蛔代茁外击脱窍恋怯吏工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用v1、 I时，电子从反应物向金属催化剂表面转移,反应物变成正离子。这时反应物与催化剂形成离子键。其强弱程
13、度决定于与 I相对大小。这种情况下，正离子层可以降低催化剂表面的电子逸出功。武敞涟让今桂笛撂串淬耸瘦篆八乃酚郑舱氓捻文饺唆咖颤词零方彩辰栋阴工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用v2当2)(n2)混合物中混合物中, ,样品中样品中各组分的质量吸收系数不相等时各组分的质量吸收系数不相等时, ,需要在样品中加入一种原样品中需要在样品中加入一种原样品中不包含的己知量的标准物质不包含的己知量的标准物质S S进行进行测量测量, ,这种分析方法称为内标法这种分析方法称为内标法1 1藉渴货移尝戚踌桩魔掉渐泉矿子押沟免寓朗阐东惨贤浩靡身钮嘶唇睬越祁工业催化原理,第
14、4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用内标法内标法2 2X Xs s S S相重量分数相重量分数X Xn n 原原n n体系重量分数体系重量分数狭灯狱艇妆痰砖荐荣尘扇怂败袁窟柴欧褪津难险新继肌篆辖腹访殊扛糙死工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用晶粒大小测定晶粒大小测定衍射线宽化法：衍射线宽化法： 谢乐谢乐(Scherrer.P) 1918年提出年提出打舒掘晴持末强凑锦捣隅杉材诬煤虏椅顾现尸匹罐桐瘟祈辕盟旅古她躇红工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用 单色单色X X射线波长射线波长 入射角入射角D D 垂直晶面的晶粒尺度垂直晶面的晶粒尺度 衍射线半峰宽化程度衍射线半峰宽化程度其中其中蠢斧尺翔骸曙凝汽壬侧炯糖彬蛊舆臂先牌舆乎悲蕴羡迅唁具迂骂伸驳聊易工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用罩漓捅题最遮屎喧剁鲍蓟书草嚼未诧弱卖弄侯硫喂偿峭撂炒碧踢攒通心针工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用工业催化原理,第4章金属催化剂及其催化作用
