催化劑的分類--按周期表的元素及其化合態分類

      元素周期表是根據元素周期律將已知的元素按原子序數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，單質的熔點、沸點、密度、氧化物及其水合物的酸堿性等性質，隨著原子序數遞增都呈現周期性的規律變化。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）的能帶結構是由s、p能帶重疊而成，填入s電子，無d 電子及d空穴，逸出功較小（為2eV左右），易給出電子而不易接受電子。由于易于吸附外來物種，形成牢固的結合，反應性較大，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，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。過渡元素具有易轉移的d電子（或f電子），容易發生電子的傳遞過程。這類元素的單質及離子（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能帶結構，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。根據價鍵理論，可以用d百分數（d％）來定量描述過渡金屬的d電子狀態。d％是指d電子參加形成金屬鍵的分數，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。對一些催化反應進行考察表明，金屬催化劑的活性要求d％在一定范圍內，d％大，表示d軌道未充滿程度大，吸附能力強，會導致不可逆吸附，不利于反應產物生成。如金屬加氫催化劑的d％處于40％～50％時，其催化活性最好。

表1-2 過渡元素的金屬鍵中的d％數值

      根據電子理論，常用的固體催化劑可分為導體催化劑（多數為金屬催化劑，如Fe、Ni、Pd、Pt 等），半導體催化劑（多數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，對脫水反應有催化活性。

產品介紹

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