Катализаторы на носителях. Адсорбционные катализаторы. Каталитические свойства переходных металлов

Катализаторы на носителях – это катализаторы, у которых активное вещество нанесено на поверхность каталитически неактивного твердого тела с развитой поверхностью (носитель). В качестве носителей обычно применяют пористые тела – силикагель, активированный уголь, алюмогель и др.

Носитель способен увеличить активность катализатора, устойчивость к ядам, термическую стойкость, а также может являться промотором каталитического процесса.

Это можно объяснить, исходя из блочного строения поверхности носителя. Дефекты поверхности ограничивают поверхностную подвижность нанесенных атомов, которые локализуются в поверхностных блоках – областях свободной миграции. В результате при повышении температуры на поверхности носителя образуются геометрические и энергетические барьеры, препятствующие тепловому движению по поверхности и не позволяющие активному компоненту «спечься» в неактивный агрегат атомов (как это произошло бы на идеальной кристаллической поверхности). Если действует каталитический яд, то его молекулы адсорбируются не только на активных центрах катализатора, но и на адсорбционных центрах носителя. Все это способствует улучшению качеств катализатора.

Если катализатор на носителе готовится путем сильного разведения, то получаются так называемые адсорбционные катализаторы, для которых степень заполнения носителя активным веществом в 10-100 раз меньше моноатомного слоя.

Практически все нанесенное вещество находится в адсорбированном докристаллическом состоянии.

Каталитические свойства переходных металлов. Из металлов наиболее характерными каталитическими свойствами обладают элементы VIII группы. Например, Co, Ni, Ir, Pt, Pd, Os, Fe (гидрирование, синтез аммиака и т.д.).

Каталитической активностью также обладают и соседние элементы: Cu, Ag, Au, Zn, Cd. Причиной их каталитической активности является следующее:

- недостроенность у всех перечисленных элементов (d-элементов) их электронных d-оболочек, определяющая химические и многие физические свойства;

- для этих элементов характерно, что переход электронов с внешних d-оболочек во внешнюю s-оболочку (или наоборот) приводит к возникновению свободных валентностей.

Сравнение каталитической активности с электронными свойствами показывает, что активность тесно связана с наличием свободной валентности у поверхности атомов металла.

Пример: при гидрировании этилена на переходных металлах (Fe, Ni, Pt, Pd, Rh) установлено, что с увеличением числа свободных валентностей (рассчитанных по Полингу) увеличивается их каталитическая активность.