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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 催化 » 为什么现在催化剂催化的机理没有一个统一的可寻规律
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夕阳侠客

金虫 (正式写手)

电池资深仿真工程师

[求助] 为什么现在催化剂催化的机理没有一个统一的可寻规律

经常在教材或文献上看到有关催化反应所用的催化剂，不同的反应需要不同(或相同)的催化剂，相同的反应也可用不同的催化剂进行催化…缺少一个统一的机理解释。比如给你一个新的催化反应，你在没有实验探究之前是否可以比较准确的知道该用什么样的催化剂？现在的研究者似乎都不太情愿去谈其中的催化机理，转而只是通过尝试不同金属去探究出哪一种金属适合这个反应，直至找到比较适合的金属！这样一种单调的尝试必然会耗掉很多的时间或者原料。而且得出的这种催化剂也不敢保证就具有最好的催化效果。这样的情况该如何去探究比较好呢？

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1楼 2015-06-24 23:48:50
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zyhou

专家顾问 (文坛精英)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★
感谢参与，应助指数 +1
liwentao2010: 金币+5, 谢谢候老师的总结，辛苦 2015-06-25 08:32:08
夕阳侠客: 金币+10 2015-07-11 11:35:33
好问题！
催化剂是一大类物质，其整体的作用机理是有明确的定义的，那就是：参与反应的中间历程、改变反应的途径，降低活化能。
如果把催化剂分成均相、多相，也遵守上面的基本机理。

再仔细一些，把多相催化剂分成金属催化剂、氧化物催化剂、酸碱催化剂等，它们也有各自的作用机理。
比如：氧化物催化剂主要用于选择性氧化，其作用机理主要是表面的氧，反应普遍遵守M-K机理。

也有一些广谱性的催化剂，比如Pd/C, Pt/C, Ni等，对于很多官能团的加氢都具有较好的活性。
Pd/Al2O3等，对于很多化合物的氧化也具有重要的作用。

但是，由于反应物种太多，因此，不可能针对每一个反应都有已经形成共识的机理、另外，同一个反应在不同的催化剂上，其反应机理也是不同的。
比如，我们做过比较多的硝基苯加氢反应，在镍催化剂上主要是间接-偶联机理，可以参考：INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH  卷: 49   期: 10   页: 4664-4669   出版年: MAY 19 2010；而在石墨烯负载的镍催化剂上，反应就是直接途径，可以参考：CARBON  卷: 50   期: 2   页: 586-596   出版年: FEB 2012

再比如：我们做的也比较多的、最近的时髦课题，甘油氢解制备丙二醇的反应，催化剂的酸碱性对反应机理和路径的影响十分显著，可以参考：APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL  卷: 101   期: 3-4   页: 431-440   出版年: JAN 14 2011
CATALYSIS LETTERS  卷: 130   期: 1-2   页: 261-265   出版年: JUN 2009
JOURNAL OF CATALYSIS  卷: 296   页: 1-11   出版年: DEC 2012

好问题，不过，实在太大了，以上仅是拙见！
这样的问题，最好请辛老师来指点一下！
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夕阳侠客
2楼2015-06-25 07:49:34
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lemor_2008

金虫 (知名作家)

胤--快乐至上

【答案】应助回帖

★
liwentao2010: 金币+1, 应助指数+1, 谢谢回帖，欢迎常来交流 2015-06-25 08:32:59
这是所有懒人的想要的结果，也是所有勤奋的人努力要做到的。J.K. Norskov正在用DFT进行这方面的工作——理论指导实践，实践验证理论；你如果有兴趣可以去看看他们课题组的工作。
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KeepMoving
3楼2015-06-25 08:11:19
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夕阳侠客

金虫 (正式写手)

电池资深仿真工程师
引用回帖:
2楼: Originally posted by zyhou at 2015-06-25 07:49:34
好问题！
催化剂是一大类物质，其整体的作用机理是有明确的定义的，那就是：参与反应的中间历程、改变反应的途径，降低活化能。
如果把催化剂分成均相、多相，也遵守上面的基本机理。

再仔细一些，把多相催化剂 ...

总结的不错！不过上面举的例子中催化剂只是一个范围，比如说加氢反应用到这一类催化剂，不过具体的本质却没能很好的解释清楚。比如氨氧化用铂作为催化剂，当往铂中添加铑或者钯，它催化活性就有所改变或增加，为什么？没有一个一致合理的解释。

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4楼2015-06-25 08:26:20
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zyhou

专家顾问 (文坛精英)

【答案】应助回帖

引用回帖:
4楼: Originally posted by 夕阳侠客 at 2015-06-25 08:26:20
总结的不错！不过上面举的例子中催化剂只是一个范围，比如说加氢反应用到这一类催化剂，不过具体的本质却没能很好的解释清楚。比如氨氧化用铂作为催化剂，当往铂中添加铑或者钯，它催化活性就有所改变或增加，为什 ...

如果只针对“铂中添加铑或者钯，它催化活性就有所改变或增加”，就变成小问题了！
铂中添加铑或者钯以后，催化剂的电子密度、几何结构，以及这些特征与反应原料之间的作用会发生改变，所以它的催化活性就有所改变或增加。

3楼说的计算模拟，可以解决！
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夕阳侠客
5楼2015-06-25 08:33:57
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夕阳侠客

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5楼: Originally posted by zyhou at 2015-06-25 08:33:57
如果只针对“铂中添加铑或者钯，它催化活性就有所改变或增加”，就变成小问题了！
铂中添加铑或者钯以后，催化剂的电子密度、几何结构，以及这些特征与反应原料之间的作用会发生改变，所以它的催化活性就有所改变 ...

好的，谢谢了！

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6楼2015-06-25 09:31:07
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夕阳侠客

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3楼: Originally posted by lemor_2008 at 2015-06-25 08:11:19
这是所有懒人的想要的结果，也是所有勤奋的人努力要做到的。J.K. Norskov正在用DFT进行这方面的工作——理论指导实践，实践验证理论；你如果有兴趣可以去看看他们课题组的工作。

好的，谢谢！

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7楼2015-06-25 09:31:57
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2楼: Originally posted by zyhou at 2015-06-25 07:49:34
好问题！
催化剂是一大类物质，其整体的作用机理是有明确的定义的，那就是：参与反应的中间历程、改变反应的途径，降低活化能。
如果把催化剂分成均相、多相，也遵守上面的基本机理。

再仔细一些，把多相催化剂 ...

你好，我是做氨催化氧化反应的，对于氨氧化反应的表面催化反应以及动力学上有一些新的理解，希望以后可以多交流！
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8楼2015-07-11 11:39:32
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