金属催化反应能量适应性

1、金属催化反应能量适应性报告人 ：04091019 宋强 04091021 童刚 能量适应性 能量适应性和几何适应性是密切相关的，是选择催化剂时必须同时注意的两个方面，几何适应性要求催化剂晶面花样具有对称性，以及与反应物分子几何尺寸相匹配。在环己烷脱氢和苯加氢的六位模型中，多位理论认为Zn和Cu满足几何因素，但不能满足电子因素，或者说没有满足能量条件。因无足够的d带空穴可供化学吸附之用，所以活性不好。尽管几何对应原理对金属催化 剂催化曾给予满足的解释，但它仍然对某些催化现象难以说明，巴兰金认为这些问题可以从反应的能量角度解释。能量对应原则能量对应原则 能量对应是指反应物与催化剂之间形成化学吸附所

2、释放的能量与反应物断键和产物形成新键所需的能量之间有一定的对应关系，要精确计算能量对应性，必须先知道反应的历程，多位理论在能量对应的叙述中也只是对双位催化反应提出模型，并利用热化学和光谱数据来进行计算和讨论。反应原理对双位反应，设示性集团 （分子中与催化剂接触进行反应的部分）的反应为 分两步进行，过程如右：先考虑反应物分子 ，在催化剂上吸附时断裂 键所需的能量。若以 表示单个 和 间的键能，而以 和 分别表示单个原子 和 与催化剂表面 （） 之间的键 （ 和 ）的键能。 第一步吸附后生成表面活化络合物，放出能量 （放热为正），此即多位络合物 （）生成热： -（+） （-）第二步是多位络合物进一

3、步分解为产物，放出能量 ： （） （-）若令反应物和产物的键能和为： 催化剂的吸附热为： 而产物和反应物的键能差，即为反应所放出的热量： 将、代入式 （-）和式 （-）中得： / （-） / （-）比较和哪一个负值大哪一步就是控速步骤，这个最大的负值是反应位能峰的高度。从能量角度考虑，要使反应快，尽量使两步的速率相近，显然只有 时，催化剂的活性最适宜。对于给定的反应，、和 为一定，选取不同的催化剂就有不同的。从式 （-）和式 （-），将 和分别对 做图，见图（-3），得相交的两条直线，称为火山形曲线或峰形线。斜 率 分 别 为 和 ，的 截 距 为 ，的 截 距 为 。对吸热反应，值最好在峰形

4、线的顶点，此时 坐标值为：/，/。即最适宜催化剂的吸附热 （）大致等于键能和的一半；活化能大致等于反应热的一半。这就是选择催化剂的能量对应原则。对放热反应且在图中 、点之间，活化能为零或负值都算是最佳值。实际应用时，可先由 、，求得/、/；然后做动力学实验，求出活化能 ，按下式： / 某些情况下用下式更符合实际事实： = A + r 算出 ，由 （-）式 / 看出，若所得 与 / 接近，则 与/ 亦接近，说明已符合能量对应原则，表示此催化剂已很理想，这时不必改变催化剂原子组成，只需改变催化剂的制备方法以获得合适的分散度、晶格参数等。若 与/ 相差很大，则需要通过改变催化剂的化学组成、加助催化剂

5、、应用载体等方法来提高催化剂的活性。式（-）式（-）以及根据这些公式所做的图，都是表示反应分子中的键完全断裂的情况，实际上键并不发生断裂，而是变形，因此在表示反应活化能 与 值关系时用近似公式，其中对于有机反应，无机反应 r = 1/2已为实验所证实。反应分子指示基团与催化剂表面原子间的键能估计，是多位理论研究的一个重要课题。但是由热化学方法，光谱方法，吸附法，统计方法计算键能，都不真正代表实际的表面络合物的键能，因为表面络合物的真实状态还是未知数目前，一般是先求出化合物中对应的键能，再加上校正项 A校正方法： 一种是与催化剂表面的不饱和性，分散度，粗糙度有关的校正项。 另一种是由于取代集团的影响而加的校正项（例如共轭效应