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晶格间距与催化活性——多位理论晶格间距对于了解金属催化活性有一定的重要性。不同的晶面取向,具有不同的原子间距。不同的晶格结构,有不同的晶格参数。实验发现,用不同的金属膜催化乙烯加氢,其催化活性与晶格间距有一定关系。Fe、Ta、W等体心晶格金属,取[110]面的原子间距作晶格参数。活性高的金属为Rh,其晶格间距为0.375nm。这种结果与以d%表达的结果除W外都一致。多位理论的中心思想是:一个催化剂的活性,在很大程度上取决于存在有正确的原子空间群晶格,以便聚集反应物分子和产物分子。多位理论是由前苏联科学家巴兰金提出的,对于解释某些金属催化剂加氢和脱氢的反应有较好的效果。以苯加氢和环己烷脱氢为例,只有原子的排列呈六角形,且原子间距为(0.24~0.28)nm的金属才有催化活性,Pt、Pd、Ni金属符合这种要求,是良好的催化剂,而Fe、Th、Ca就不是。
金属和金属表面的化学键研究金属化学键的理论方法有三:能带理论、价键理论和配位场理论,各自同的角度来说明金属化学键的特征,每一种理论都提供了一些有用的概念。三种理论,都可用特定的参量与金属的化学吸附和催化性能相关联,它们是相辅相成的。金属电子结构的能带模型和“d带空穴”概念金属晶格中每一个电子占用一个“金属轨道”。每个轨道在金属晶体场内有自己的能级。由于有N个轨道,且N很大,因此这些能级是连续的。由于轨道相互作用,能级一分为二,故N个金属轨道会形成2N个能级。电子占用能级时遵从能量原则和Pauli原则(即电子配对占用)。故在对零度下,电子成对从能级开始一直向上填充,只有一半的能级有电子,称为满带,能级高的一半能级没有电子,叫空带。空带和满带的分界处,即电子占用的高能级称为费米(Fermi)能级。
钌加氢催化剂的研究与开发一直是有机领域的热点之一。钌催化剂催化的加氢反应具有反应条件温和、收率高的特点。钌催化剂可以催化许多无机或有机材料的加氢反应。由于其双键活性高,环己烯可用作医药、食品、农药化学品等精细化学品的中间体。
金属的价键模型提供了d%的概念。d%与金属催化活性的关系,实验研究得出,各种不同金属催化同位素(H2和D2)交换反应的速率常数,与对应的d%有较好的线性关系。但尽管如此,d%主要是一个经验参量。d%不仅以电子因素关系金属催化剂的活性,而且还可以控制原子间距或格子空间的几何因素去关联。因为金属晶格的单键原子半径与d%有直接的关系,电子因素不仅影响到原子间距,还会影响到其他性质。一般d%可用于解释多晶催化剂的活性大小,而不能说明不同晶面上的活性差别。