金屬催化劑

　　能改變化學反應速度而本身又不成為反應最終產物組分的金屬物質。1822年德國人德貝賴納(J.W.Döberei-ner)發現鉑粉會使氫激裂燃燒，這種現象是金屬催化作用的較早例子。1835年，瑞典化學傢貝采利烏斯（J.J.Berzelius）將“催化”這一名詞引進化學領域，催化和催化劑理論才發展起來。

　　催化反應分為均相和多相兩種。在化學工業中，使用多相催化反應生產出來的產品約占催化法生產的產品總量的80～90％。多相催化法所所使用的多相催化劑是固體催化劑，金屬催化劑是其中的一個重要類別。金屬催化劑主要用於加氫反應和脫氫反應，也用於氧化反應。元素周期表中的過渡金屬是有效的加氫、脫氫催化劑，可分為貴金屬系和一般金屬系。貴金屬系催化劑以鉑和鈀為主，釕、銠、銥等也經常使用。一般金屬系催化劑為鎳、鈷、鐵、銅、錸等，其中以鎳和鈷用得最多。金屬催化劑對化學工業及石油化學工業的發展具有重要意義。例如，氨合成、烴類加氫、羰基合成、烷烴脫氫、醇脫氫等反應都使用不同種類的金屬作催化劑。

　　主要性能指標　①活性 是催化劑的催化作用能力。在工業中是以一定條件下單位體積（或重量）催化劑在單位時間內所得到的產品數量來表示。部分金屬催化劑活性大小見表。

部分金屬催化劑活性順序

　　② 選擇性 是指催化作用的專一性，即在一定條件下某種催化劑隻對某種化學反應起加速作用。催化劑的選擇作用可使人們按照需要合成各種產品。

　　③ 穩定性 是指催化劑的使用壽命。為瞭保持催化劑的活性及選擇性，要求催化劑在使用過程中必須性能穩定，能夠抗毒（即不降低其活性），不發生碎裂，才能有較長的使用壽命。

　　工業金屬催化劑的要求是活性高、選擇性好、穩定性強。這些性能不僅取決於金屬催化劑組成，而且取決於活性金屬的晶體結構、粒子大小、比表面積、孔結構（平均孔徑、孔隙率）和分散狀態等因素。

　　組成　催化劑除瞭金屬活性組分以外，還要添加少量助催化劑和載體，以改善催化性能。助催化劑本身沒有活性或者活性很小，但能提高金屬活性組分的活性和選擇性，延長使用壽命。如在合成氨反應過程中使用Fe₃O₄還原制得的純鐵作催化劑時，加入助催化劑Al₂O₃，可顯著減緩α-Fe微晶增長速度，使催化劑的壽命由幾小時增加到幾年。載體是催化劑活性組分的分散劑或支持物。載體的作用是增加催化劑的有效表面，提供合適的孔結構，提高抗拉強度和熱穩定性。使用載體可將貴金屬分散支持在體積松大的物質上，代替整塊材料使用，以節約貴金屬材料(鈀、鉑等)。催化劑載體常用的有三氧化二鋁、矽膠、活性炭等。

　　制備　金屬催化劑的制備主要有沉淀、浸漬、熔融等方法。依據原料性質和反應條件，可制成粉狀、條狀、層狀及其他形狀。沉淀法是在攪拌條件下將沉淀劑加入金屬鹽類溶液中，生成的沉淀物經過洗凈、過濾、幹燥和焙燒等過程便制得催化劑。此法常用於制備單組分和多組分催化劑。浸漬法，是將含活性金屬組分的溶液浸入載體，經幹燥、煅燒、活化等過程制成催化劑。熔融法，是將活性金屬與能溶於堿的金屬熔融制成合金，再破碎成粉末，用堿溶去不需要的金屬組分，得到骨架結構的活性金屬，也稱為骨架催化劑。

　　使用　具有高活性的金屬催化劑在使用過程中活性會逐漸下降。這種現象是催化劑中毒、燒結和積碳等因素引起的。催化劑中毒往往是由於反應原料中混入使催化劑失掉活性的微量“毒”物。因此要精制原料，去除毒物。燒結是指催化劑的活性組分顆粒聚集成團或產生表面熔化現象。嚴格控制工藝參數，避免催化劑溫度過高，可以減緩發生中毒和燒結等現象。積碳是由於催化劑的導熱性能不良，或孔隙過細時，在催化劑表面發生的。通常，積碳可用灼燒法除去。

　　

參考書目

　朱洪法編：《催化劑載體》，化學工業出版社，北京，1980。

　G.C.Bond，Catalysis by Metals，Academic Press，London，1962.