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对催化剂概念的探讨 胡花云 （江西大学化学系催化研究室） 张辉军 （湖南衡阳建湘柴油饥厂子弟中学） 全德柏 （湖南衡南县九中） 近 几年来，催化科学蓬勃发展。新型催化剂的开发，原有催发剂的改进以及反应机理和活性中心的研究等领域都涌现出了许多新的成果。一些原有的旧概念在不断地扬 弃，一些崭新的观念在不断地形成。那么，催化剂作为催化学科的最基本的概念，应该如何去理解和定义，是一个值得探讨的问题。在这里我们谈谈我们的一些看 法，供同志们参考。 在现行的中学教材里，催化剂的定义是：在化学反应里能改变其它物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有改变的物质。教师在向学生讲授这个核念时，一般总是强调以下几点：①改变反应速率应包括加快和减慢；②化学性质在反应前后不发生变化，物理性质会发生变化。有的教师错误地认为物理性质和化学性质都不会变；③物质应指单质和化合物。下面我们分三个方面谈谈我们的一些看法。 一、对“物质”的理解 催 化剂定义中所指的物质，不应是简单地指单质和化合物。近几十年来，分子筛催化剂以及负载型催化剂的发展，大大地丰富了催化剂的内涵。在催化裂化过程中，所 使用的用稀土离子交换过的分子筛催化剂，我们既不能把分子筛简单的理解为化合物，也不能简单地理解为“混合物”。因为尽管每种分子筛都有一个简单的化学 式，但是现有的研究成果表明，经过不同的预处理以及不同的金属离子交换，催化剂的活性和选择性就大不相同。因此我们对分子筛的理解，应是一种复杂的物质。 对于负载型催化剂，如将贵金属浸渍在氧化铝、氧化硅，分子筛或者其它难熔的氧化物上。在石油重整过程中，目前使用的常规重整催化剂（Pt／Al2O3或Pt—Re／Al2O3）是一种双功能催化剂，金属中心主要起加氢和脱氢作用，同时也有裂解和异构作用，而作为载体所提供的酸性中心，也能起裂解和异构作用。因此，常规重整催化剂不能简单地理解成为只是金属铂,而应该是金属铂和Al2O3所 形成的统一体。另外，有些催化剂表面上看起来是一种简单的机械混合物，其实不然。如现在国内外正在探索的课题：“甲烷氧化偶联制乙烯”，所采用的催化剂， 大多都是一些氧化物经过不同的预处理而成（盐经过温度处理而成氧化物），例如现在得到的活性和选择性都较好的偶联催化剂：Li／MgO。表面上看起来是Li2O和MgO的机械混合物，其实其中产生了化学键。所以在这里我们最好把它理解成为：“有机”混合物或复杂的物质。综上所述，在催化剂定义中所出现的物质应包括：单质、化合物、混合物和复杂的物质。 二、催化剂在反应前后的改变 首先要肯定催化剂参加了反应，且反应前后质量不会发生变化，而物理性质会发生变化。但是，其化学性质是否发生变化，是一个值得探讨的问题。下面我们以负载型催化剂为例，来阐述我们的看法。对于负载金属体系的金属──担体相互作用，直到20多年以前才为人所知。Schwab等首先在Ni／Al2O3上发现，甲酸分解的活性能随担体电导的上升而提高。与此同时，Eischens及其同事用IR研究负载Pt的CO吸附，也指出了金属──担体相互作用的存在。其后，Taylor、Yates、Carter和Sin－felt等人分别在环丙烷加氢与氢解，乙烷氢解等反应上，为此提供了进一步的证据。1978年，Tauster等在TiO2负载的VⅡ族贵金属上发现存在金属──担体强相互作用（SMSI）。迄今关于SMSI大量的研究，可以认为，已为金属──担体相互作用的存在作了一个结论。而且，金属负载在载体上的粒子愈小，与担体的相互作用就愈强。对于金属催化剂的比活性是否与金属粒子大小有关，得出了一些有意思的结论。Boudart等于1966年提出了“结构敏感性”概念，将比活性随粒子大小而变化者称为“结构敏感”反应，而比活性与粒子大小无关者被称为“结构不敏感”反应。迄今为此，已发现四类“结构敏感”反应： (1)C—C键断裂（氢解和异构）与形成（脱氢环化）的反应； (2)C6H6与D2交换反应； (3)某些氧化反应； (4)合成NN3反应。在制备重整催化剂的过程中，总是想方设法使Pt在Al2O3担体上高分散，因为现有的研究成果表明，Pt分散得愈好，愈有利于脱氢环化形成芳烃。也就是说，粒子大小影响催化活性及选择性。值得注意的是，在反应条件下，随着反应过程的进行，Pt晶粒在Al2O3表面不可避免地要长大，从而使得催化活性和选择性以及金属跟担体的相互作用等发生改变。Pt晶粒长大与积炭和硫中毒使得催化活性发生改变有着本质的不同，积炭和硫中毒是“外界因素”的干扰，而铂晶粒在反应条件下不可避免地要长大是催化剂本身所固有的。而对于“Pt／Al2O3”这个Pt跟Al2O3“有机地”结合而形成的“复杂的物质”，它的化学性质应该包括哪些方面，在这里我们不讨论。但是，Pt与Al2O3 三、催