反应机理与催化

多相催化(heterogeneous catalysis)

想象一座热闹的溜冰场。绕场滑行的人代表气体分子;冰面是固体催化剂。当一个滑冰者在围栏边停下、抓住栏杆、被递了点东西、然后改变了状态再蹬冰离开,栏杆没有离开场边就完成了它的工作。多相催化正是这样运作的:催化剂是一种固体,与反应物处于不同的物理状态,而一切作用都发生在它的表面上。

更准确地说,多相催化是催化剂与反应物处于不同相的催化——几乎总是固体催化剂配上气态或液态的反应物。反应物分子粘附到固体表面(吸附),在被固定其上时键被削弱、发生重排,产物形成,最后再脱离(脱附),把这个位点腾出来给下一个分子。因为只有表面起作用,这类催化剂都被做成具有巨大表面积的形式——细粉、海绵状物,或薄涂层。

为什么重要:大多数大规模工业化学都靠这种方式运转,从制造化肥用的氨、到裂解原油、到净化汽车尾气,因为固体催化剂容易与产物分开,并连续使用多年。诚实的提醒是:表面很脆弱:杂质会堵塞活性位点而使它「中毒」,催化剂也会缓慢损耗,所以真实的工厂会极其用心地保持进料的洁净。

汽车的催化转化器是一块涂着铂和铑的蜂窝。炽热的尾气流过金属表面,有毒的一氧化碳和未燃尽的燃料粘附其上,与氧气反应,再以二氧化碳和水的形式离开——而那固体金属在转化器内部留守,伴随汽车一生。

气体在固体金属表面上反应;催化剂从不离开。

整个关键在于表面积,所以多相催化剂被刻意做成多孔的或细分的。与均相催化相对照,后者中催化剂与反应物处于同一相。

又称
非均相催化非均相催化异相催化異相催化