
【化】 metallic oxide catalyst; metallic oxide catalysts
metal
【化】 metal
【医】 metal
【经】 metal
【化】 oxide catalyst
金属氧化物催化剂(Metal Oxide Catalyst)是指由金属元素与氧元素组成的化合物,在化学反应中能显著改变反应速率而自身在反应前后保持化学性质不变的一类物质。其核心特征是在催化过程中提供活性位点,降低反应活化能,提高反应效率与选择性。
组成与结构
由过渡金属(如铁、钴、镍、铜)或稀土金属(如铈、镧)与氧结合形成,常见类型包括单一氧化物(如氧化铜CuO)、复合氧化物(如钙钛矿型LaCoO₃)和负载型氧化物(如Al₂O₃负载的MoO₃)。其催化活性依赖于表面氧空位、酸性/碱性位点及金属价态变化(来源:国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)《催化术语标准定义》)。
催化机理
通过表面吸附反应物、活化化学键(如C-H、O=O)并促进中间体形成实现催化作用。例如,二氧化铈(CeO₂)在汽车尾气处理中通过可逆的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原循环储存和释放氧,催化CO和NOx的转化(来源:美国化学会(ACS)期刊《Chemical Reviews》)。
稳定性优势
相较于金属催化剂,金属氧化物通常具备更高的热稳定性(耐受>500℃高温)和抗中毒能力(如抵抗硫化物),适用于苛刻反应环境(来源:中国科学院《催化材料工程研究进展》)。
环境催化
能源转化
化工合成
根据《英汉化学工程词典》(化学工业出版社),金属氧化物催化剂被定义为:"以金属氧化物为主要活性组分,通过提供表面酸性、碱性或氧化还原中心,加速气固或液固多相反应的固体材料。"
金属氧化物催化剂是以金属氧化物为主要活性组分,用于加速化学反应的物质。其作用机理和特点如下:
基本构成
以金属氧化物(如过渡金属氧化物V₂O₅、MoO₃或主族金属氧化物Al₂O₃)为核心活性组分,常与其他氧化物混合形成复合结构(如尖晶石、杂多酸等)。
结构特性
多为非化学计量化合物,存在晶格缺陷(如氧空位或金属离子空位),通过电子转移活化反应物。
吸附氧机理
表面吸附的活性氧(O⁻、O²⁻等)直接参与氧化反应,例如丙烯氨化氧化为丙烯腈时,Mo-Bi氧化物通过吸附氧活化丙烯。
晶格氧机理
催化剂晶格中的氧被消耗后,通过气相氧补充再生,形成循环。例如硫化床燃煤中,金属氧化物释放晶格氧促进煤燃烧,再被氧气氧化恢复。
按组成分类
按功能分类
工业应用
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