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催化劑的分類--按周期表的元素及其化合態(tài)分類

來源:北京鑫視科科技有限公司   2024年11月30日 09:39  

      元素周期表是根據(jù)元素周期律將已知的元素按原子序數(shù)增加的次序排成的表。元素的電離焓、電子親和焓、原子半徑、電負性、金屬性,單質(zhì)的熔點、沸點、密度、氧化物及其水合物的酸堿性等性質(zhì),隨著原子序數(shù)遞增都呈現(xiàn)周期性的規(guī)律變化。元素周期表將元素分為主族、副族及過渡元素等。在100多種元素中,金屬約占80%,在已知的催化反應(yīng)中,70%以上涉及某種形式的金屬組分。圖1-3示出了各種可用作催化劑的元素的使用頻度。長方框中斜線越多表示其用作催化劑的頻度越高,其中左上角斜線表示單質(zhì)用作催化劑的頻度,右下角斜線表示其氧化物及鹵化物用作催化劑的頻度。非過渡元素的堿金屬(Li、Na、K等)及堿土金屬(Be、Mg、Ca等)的能帶結(jié)構(gòu)是由s、p能帶重疊而成,填入s電子,無d 電子及d空穴,逸出功較?。?eV左右),易給出電子而不易接受電子。由于易于吸附外來物種,形成牢固的結(jié)合,反應(yīng)性較大,因此很少用作催化劑的活性組分。它們的化合物幾乎不具備氧化還原的催化性質(zhì),但卻具有酸堿催化性能。而排列在過渡元素以后的一些元素,如In、Si、Ge、Sn、Pb等,也是只有s、p能帶,化學(xué)吸附能力小,也很少用作催化劑的活性組分。

 

圖1-3 元素及其化合物用作催化劑的使用頻度

      過渡元素通常指長周期表4、5、6周期中IIIB~V族元素。它們都是金屬,具有密度大、熔點高、蒸氣壓低等特點。過渡元素具有易轉(zhuǎn)移的d電子(或f電子),容易發(fā)生電子的傳遞過程。這類元素的單質(zhì)及離子(氧化物、鹵化物、硫化物及其配合物等)都具有較好的氧化還原催化性能,而它們的離子有時還具有酸堿催化性能。

過渡金屬的催化活性源自其半充滿的d能帶結(jié)構(gòu),d能帶上有半充滿的空穴,具有從外部接受電子和被吸附分子成鍵的傾向,因而d空穴的多少會影響吸附性能及催化性能。根據(jù)價鍵理論,可以用d百分數(shù)(d%)來定量描述過渡金屬的d電子狀態(tài)。d%是指d電子參加形成金屬鍵的分數(shù),或成鍵軌道中d軌道的成分。表1-2示出了過渡元素的金屬鍵中的d%數(shù)值。金屬鍵的d%越大,表示d能帶中的d電子越多,空穴越少。對一些催化反應(yīng)進行考察表明,金屬催化劑的活性要求d%在一定范圍內(nèi),d%大,表示d軌道未充滿程度大,吸附能力強,會導(dǎo)致不可逆吸附,不利于反應(yīng)產(chǎn)物生成。如金屬加氫催化劑的d%處于40%~50%時,其催化活性最好。

1-2 過渡元素的金屬鍵中的d%數(shù)值

IA

IVA


VIA

WA


WA

IB

Sc

20

Ti

27

V

35

Cr

39

Mn

40.1

Fe

39.5

Co

34.7

Ni

40

Cu

36

Y

19

Zr

31

Nb

39

Mo

43

Tc

46

Ru

50

Rh

50

Pd

46

Ag

36

La

19

Hf

29

Ta

39

W

43

Re

46

Os

49

Ir

49

Pt

44

Au

 

      根據(jù)電子理論,常用的固體催化劑可分為導(dǎo)體催化劑(多數(shù)為金屬催化劑,如Fe、Ni、Pd、Pt 等),半導(dǎo)體催化劑(多數(shù)為過渡金屬氧化物及硫化物,如NiO、ZnO、、等)和絕緣體催化劑(多數(shù)為金屬氧化物,如MgO等)。

屬于絕緣體的氧化物,同氧的相互作用少,一般不作為氧化催化劑使用,但它們與水的相互作用較大,對脫水反應(yīng)有催化活性。

產(chǎn)品介紹

   

      SSC-PECRS電催化連續(xù)流反應(yīng)系統(tǒng)主要用于電催化反應(yīng)和光電催化劑的性能評價,可以實現(xiàn)連續(xù)流和循環(huán)連續(xù)流實驗,配置反應(yīng)液體控溫系統(tǒng),實現(xiàn)主要用于光電催化CO2還原反應(yīng)全自動在線檢測系統(tǒng)分析,光電催化、N2催化還原,電催化分析、燃料電池、電解水等。SSC-PECRS電催化連續(xù)流反應(yīng)系統(tǒng)將氣路液路系統(tǒng)、光電催化反應(yīng)池、在線檢測設(shè)備等進行智能化、微型化、模塊化設(shè)計并集成為一套裝置,通過兩路氣路和兩路液路的不同組合實現(xiàn)電催化分析,并采用在線檢測體系對反應(yīng)產(chǎn)物進行定性定量分析??梢赃m配市面上多數(shù)相關(guān)的電解池,也可以根據(jù)實驗需求定制修改各種電催化池。

      產(chǎn)品優(yōu)勢:

● 將光源、電化學(xué)工作站、電催化反應(yīng)池、管路切換和氣相色譜模塊化集成化系統(tǒng)化;

● PLC控制系統(tǒng)集成氣路、液路控制、溫度控制、壓力控制、閥體切換、流路顯示等;

● 主要用于半導(dǎo)體材料的光電催化流動相CO2還原反應(yīng)活性評價等;

● 用于半導(dǎo)體材料的光電催化流動相H2O分解產(chǎn)氫、產(chǎn)氧活性評價、N2還原、電催化等;

● 微量反應(yīng)系統(tǒng),極低的催化劑用量;

● 導(dǎo)電電極根據(jù)需要可表面鍍金、鈀或鉑,導(dǎo)電性能好,耐化學(xué)腐蝕;

● 標(biāo)配光電反應(yīng)池,可實現(xiàn)兩室三電極體系或三室三電極體系,采用純鈦材質(zhì),耐壓抗腐蝕

● 可適用于氣-固-液三相界面的催化反應(yīng)體系,也可適用于陰陽極液流循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng);

● 測試范圍廣,CO2、CO、CH4、甲醇、氫氣、氧氣、烴類等微量氣體。


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