非贵金属电催化剂设计策略-非贵金属催化剂的研究情况

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贵金属催化剂的组成及制备方法

均相催化剂的组成较单纯,通常为某种化合物。多相催化用负载型催化剂的组成较复杂,通常由活性金属组分、助催化剂及载体组成。助催化剂是添加到催化剂中的少量物质,它本身无活性或活性很小,但能改善催化剂的性能。载体是催化剂活性组分的分散剂或支持物。载体的主要作用是增加催化剂的有效表面,提供合适的孔结构,保证足够的机械强度和热稳定性。常用的催化剂载体有Al2O3、SiO2,多孔陶瓷、活性炭等。不同类型的催化剂有不同的制备方法。均相催化用催化剂的制备主要是用化学法获得所需化合物及有机络合物。多相催化用无载体催化剂(如Pt-Rh网)的制备是先用火法熔炼制成合金,然后经拉丝、织网而成。载体催化剂的制备较为复杂,一般是将载体原料经配料、成形、烧成等工艺过程加工成一定形状(如球状、柱状、蜂窝状),然后用浸渍法加载贵金属活性组分及助催化剂,最后经还原焙烧而成。

电催化的设计思路

电催化作用覆盖着电极反应和催化作用两个方面,因此电催化剂必需同时具有这两种功能:①能导电和比较自由地传递电子;②能对底物进行有效的催化活化作用。能导电的材料并不都具有对底物的活化作用,反之亦然。因此,设计电催化剂的可行办法是修饰电极。将活性组分以某种共价键或化学吸附的形式结合在能导电的基底电极上,可达到既能传递电子,又能活化底物的双重目的。当然,除了考虑电极的宏观传质因素外,还有一个修饰分子和基底电极的相互作用问题,这种相互作用有待进一步研究。

电催化原理

电催化原理

选用合适的电极材料,以加速电极反应的作用。所选用的电极材料在通电过程中具有催化剂的作用,从而改变电极反应速率或反应方向,而其本身并不发生质的变化。电极上施加的过电位也能影响反应速率,因此衡量电催化作用的大小,必需用平衡电位Ee时的电极反应速率,常称为交换电流密度i0。电解池和原电池的电位分别为E1和E2: 式中ηa和ηc分别为阳极和阴极的电活化过电位;I为电流;R′为电阻;n为电极反应的电子转移数;R为气体常数;T为热力学温度;F为法拉第常数;α为阴极反应的传递系数;ηc为其他过电位。显然,交换电流密度愈大,则电活化过电位愈小,有利于反应的进行。 不同的金属电极对释氢反应的过电位有非常明显的差异,在1Μ硫酸介质中,从钯(i0=10安/米2)到汞(i0=10-8.3安/米2),这么大数量级的变动,就足以反映出电极材料对反应速率的影响。

如何设计催化剂

催化剂设计就是指根据催化剂的机理和组成部分,调节各个部分化学结构使之达到更优的催化效果的过程.固体催化剂主要包括主催化剂、助催化剂和载体三部分.在化学反应里能改变反应物化学反应速率而不改变化学平衡,且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(固体催化剂也叫触媒)。

工业催化剂的设计开发包括哪些过程

1、开发一种新的催化过程,为此设计一种新催化剂。

2、改进现有的催化过程,改善现有的催化剂性能。

3、改进催化剂的生产工艺或采用廉价的原料,降低催化剂的生成成本。


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