什麼是金屬催化劑

能改變化學反應速度而本身又不成為反應最終產物組分的金屬物質。1822年德國人德貝賴納(J.W.Dberei-ner)發現鉑粉會使氫激裂燃燒，這種現象是金屬催化作用的較早例子。1835年，瑞典化學家貝採利烏斯（elius）將“催化”這一名詞引進化學領域，催化和催化劑理論才發展起來。

催化反應分為均相和多相兩種。在化學工業中，使用多相催化反應生產出來的產品約佔催化法生產的產品總量的80～90％。多相催化法所使用的多相催化劑是固體催化劑，金屬催化劑是其中的一個重要類別。金屬催化劑主要用於加氫反應和脫氫反應，也用於氧化反應。元素週期表中的過渡金屬是有效的加氫、脫氫催化劑，可分為貴金屬系和一般金屬系。貴金屬系催化劑以鉑和鈀為主，釕、銠、銥等也經常使用。一般金屬系催化劑為鎳、鈷、鐵、銅、錸等，其中以鎳和鈷用得最多。金屬催化劑對化學工業及石油化學工業的發展具有重要意義。例如，氨合成、烴類加氫、羰基合成、烷烴脫氫、醇脫氫等反應都使用不同種類的金屬作催化劑。

主要效能指標

（1）活性 是催化劑的催化作用能力。在工業中是以一定條件下單位體積（或重量）催化劑在單位時間內所得到的產品數量來表示。部分金屬催化劑活性大小見表。

（2）選擇性 是指催化作用的專一性，即在一定條件下某種催化劑只對某種化學反應起加速作用。催化劑的選擇作用可使人們按照需要合成各種產品。

（3）穩定性 是指催化劑的使用壽命。為了保持催化劑的活性及選擇性，要求催化劑在使用過程中必須效能穩定，能夠抗毒（即不降低其活性），不發生碎裂，才能有較長的使用壽命。

工業金屬催化劑的要求是活性高、選擇性好、穩定性強。這些效能不僅取決於金屬催化劑組成，而且取決於活性金屬的晶體結構、粒子大小、比表面積、孔結構（平均孔徑、孔隙率）和分散狀態等因素。

組成

催化劑除了金屬活性組分以外，還要新增少量助催化劑和載體，以改善催化效能。助催化劑本身沒有活性或者活性很小，但能提高金屬活性組分的活性和選擇性，延長使用壽命。如在合成氨反應過程中使用Fe3O4還原製得的純鐵作催化劑時，加入助催化劑Al2O3，可顯著減緩α-Fe微晶增長速度，使催化劑的壽命由幾小時增加到幾年。載體是催化劑活性組分的分散劑或支援物。載體的作用是增加催化劑的有效表面，提供合適的孔結構，提高抗拉強度和熱穩定性。使用載體可將貴金屬分散支援在體積鬆大的物質上，代替整塊材料使用，以節約貴金屬材料(鈀、鉑等)。催化劑載體常用的有三氧化二鋁、矽膠、活性炭等。

製備

金屬催化劑的製備主要有沉澱、浸漬、熔融等方法。依據原料性質和反應條件，可製成粉狀、條狀、層狀及其他形狀。沉澱法是在攪拌條件下將沉澱劑加入金屬鹽類溶液中，生成的沉澱物經過洗淨、過濾、乾燥和焙燒等過程便製得催化劑。此法常用於製備單組分和多組分催化劑。浸漬法，是將含活性金屬組分的溶液浸入載體，經乾燥、煅燒、活化等過程製成催化劑。熔融法，是將活性金屬與能溶於鹼的金屬熔融製成合金，再破碎成粉末，用鹼溶去不需要的金屬組分，得到骨架結構的活性金屬，也稱為骨架催化劑。

使用

具有高活性的金屬催化劑在使用過程中活性會逐漸下降。這種現象是催化劑中毒、燒結和積碳等因素引起的。催化劑中毒往往是由於反應原料中混入使催化劑失掉活性的微量“毒”物。因此要精製原料，去除毒物。燒結是指催化劑的活性組分顆粒聚整合團或產生表面熔化現象。嚴格控制工藝引數，避免催化劑溫度過高，可以減緩發生中毒和燒結等現象。積碳是由於催化劑的導熱效能不良，或孔隙過細時，在催化劑表面發生的。通常，積碳可用灼燒法除去。

朱洪法編：《催化劑載體》，化學工業出版社，北京，1980。

， Catalysis by Metals， Academic Press，London，1962.