
【化】 metallic oxide catalyst; metallic oxide catalysts
metal
【化】 metal
【醫】 metal
【經】 metal
【化】 oxide catalyst
金屬氧化物催化劑(Metal Oxide Catalyst)是指由金屬元素與氧元素組成的化合物,在化學反應中能顯著改變反應速率而自身在反應前後保持化學性質不變的一類物質。其核心特征是在催化過程中提供活性位點,降低反應活化能,提高反應效率與選擇性。
組成與結構
由過渡金屬(如鐵、钴、鎳、銅)或稀土金屬(如铈、镧)與氧結合形成,常見類型包括單一氧化物(如氧化銅CuO)、複合氧化物(如鈣钛礦型LaCoO₃)和負載型氧化物(如Al₂O₃負載的MoO₃)。其催化活性依賴于表面氧空位、酸性/堿性位點及金屬價态變化(來源:國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)《催化術語标準定義》)。
催化機理
通過表面吸附反應物、活化化學鍵(如C-H、O=O)并促進中間體形成實現催化作用。例如,二氧化铈(CeO₂)在汽車尾氣處理中通過可逆的Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化還原循環儲存和釋放氧,催化CO和NOx的轉化(來源:美國化學會(ACS)期刊《Chemical Reviews》)。
穩定性優勢
相較于金屬催化劑,金屬氧化物通常具備更高的熱穩定性(耐受>500℃高溫)和抗中毒能力(如抵抗硫化物),適用于苛刻反應環境(來源:中國科學院《催化材料工程研究進展》)。
環境催化
能源轉化
化工合成
根據《英漢化學工程詞典》(化學工業出版社),金屬氧化物催化劑被定義為:"以金屬氧化物為主要活性組分,通過提供表面酸性、堿性或氧化還原中心,加速氣固或液固多相反應的固體材料。"
金屬氧化物催化劑是以金屬氧化物為主要活性組分,用于加速化學反應的物質。其作用機理和特點如下:
基本構成
以金屬氧化物(如過渡金屬氧化物V₂O₅、MoO₃或主族金屬氧化物Al₂O₃)為核心活性組分,常與其他氧化物混合形成複合結構(如尖晶石、雜多酸等)。
結構特性
多為非化學計量化合物,存在晶格缺陷(如氧空位或金屬離子空位),通過電子轉移活化反應物。
吸附氧機理
表面吸附的活性氧(O⁻、O²⁻等)直接參與氧化反應,例如丙烯氨化氧化為丙烯腈時,Mo-Bi氧化物通過吸附氧活化丙烯。
晶格氧機理
催化劑晶格中的氧被消耗後,通過氣相氧補充再生,形成循環。例如硫化床燃煤中,金屬氧化物釋放晶格氧促進煤燃燒,再被氧氣氧化恢複。
按組成分類
按功能分類
工業應用
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