多相催化

许多催化过程是已知的催化剂和反应物在同一阶段,不存在状态的物质。这些被称为异构催化反应。它们包括反应气体或液体或两者之间的表面固体催化剂。由于表面的地方反应发生时,它通常是准备的方式产生大单位表面积的催化剂;精细划分金属,金属遭受微生物、金属纳入支持矩阵,和金属的电影都被用于现代多相催化。使用金属本身,或转化为氧化物,硫化物,或卤化物。

与固体催化剂,至少一个反应物是化学吸附化学吸附(合并)的催化剂。催化剂选择,释放产品尽可能容易形成;否则产品仍在催化剂表面,作为毒药的过程。化学吸收作用可能发生在一个宽温度范围内,最有效的温度吸附这取决于催化剂的性质。因此,氢是由许多金属即使在化学吸附容易液体空气温度(下图−180°C [−290°F])。一系列的加氢脱氢catalysts-e.g。锌oxide-chromic氧化物(ZnO-Cr₂O₃)经常出现氢的化学吸收作用高于室温。氮是迅速吸附在合成氨-铁催化剂在该地区超过400°C (750°F)。已经表明,铁电影甚至用化学方法吸收氮在液态空气温度,额外的化学吸收作用发现以上房间温度。它遵循这样的考虑,而物理吸附,吸附物质的平行易于液化,自发地发生,化学吸收作用,包括制作和打破化学键,通常需要激活能量(能量启动反应)uncatalyzed化学过程。高效催化地,这一过程必须包括能量激活的所有步骤,极大值,小于那些uncatalyzed所需的反应。生动的说明了这种情况图,假设反应可能发生在一个uncatalyzed或催化路线。

两个相互竞争的提议进行了关于在表面催化反应的机理,以及它们之间可能没有选择。最初,欧文·朗谬尔美国物理化学家提出了化学吸收作用的反应物种的表面,其次是互动相邻产品的种类和蒸发。一个替代建议包括互动一个冲击分子和物种已经吸附在表面上。随后的发展提出不同的依恋模式的吸附和吸附物种。

科学的一个重大进步表面催化的发展方法,确定催化剂的表面积(和其他材料)通过测量在液氮温度下氮的多分子的吸附或其他气体的吸附接近他们沸点。然后它成为可能计算数量,指定V_米,代表的体积气体必要的接触表面形成单层;此外,表面的面积可以从已知的确定维吸附的分子。发现它还可以滴定(定量指标)的面积表面气体的化学吸收作用。因为不同类地发生在催化剂的表面催化反应,这种反应是成正比的利率可访问催化剂的表面积。活跃的催化剂是因此通常高度多孔固体总表面积高达几百平方米/克。

当表面积的测量成为可能,这是见过一次,许多成分出现在小数量的主要催化剂材料promoters-could法案通过扩展的有效表面积的催化剂。然而,它还展示了一个启动子可能产生表面的质量的增加给定的反应。在反向代理是次要成分反应系统的反应的或多余的产品,通过选择性吸附反应网站和去除阻力产生毒物的过程。催化剂的中毒也可能导致催化剂的毒害不利修改电子性质。

可以学到很多关于表面处理通过研究同位素的行为机制的反应物和产物的物种催化剂。这样的一个例子使用问题的技术重要的氨合成元素,众所周知的Haber-Bosch过程在promoted-iron催化剂。氨的合成涉及到三种类型的bonds-hydrogen-hydrogen,氮气,氢气,nitrogen-nitrogen-all可以研究使用同位素氢和氮。第一个可以检查还原铁催化剂按照反应的进展₂+ D₂→2高清(D =氘原子氢的同位素)表面上。反应迅速发现发生即使在液态空气的温度。氮氢键活化后可以研究NH的反应₃+ ND₃→NH₂D +区域₂。这个收益稳步在房间温度。反应只涉及n n债券,然而,研究了接下来的过程¹⁴N₂+¹⁵N₂→2¹⁴N -¹⁵N (¹⁴N和¹⁵N是稳定氮同位素),仅在更高的温度进行显示的氨气合成在400°C (750°F)。从这些数据得出结论,氮分子的激活是缓慢的一步(限制了整个反应的过程),氨合成。也证实了这一结论测量氮铁催化剂上的吸附率。其他类似同位素的研究都取得了有价值的信息在碳氢化合物的反应,使用氘和碳14同位素示踪剂。