В химии носитель катализатора представляет собой материал, обычно твердый с большой площадью поверхности , к которому прикреплен катализатор. Активность гетерогенных катализаторов проявляется на поверхностных атомах. Следовательно, прилагаются большие усилия, чтобы максимизировать площадь поверхности катализатора. Один из популярных методов увеличения площади поверхности включает распределение катализатора по подложке. Носитель может быть инертным или участвовать в каталитических реакциях. Типичные носители включают различные виды угля, оксида алюминия и диоксида кремния.
Для приготовления катализаторов на носителе используются два основных метода. В методе пропитки суспензия твердого носителя обрабатывается раствором предкатализатора, и полученный материал затем активируется в условиях, которые переводят предкатализатор (часто соль металла) в более активное состояние, возможно, сам металл.. В таких случаях носитель катализатора обычно имеет форму гранул. В качестве альтернативы катализаторы на носителе могут быть получены из гомогенного раствора путем соосаждения. Например, кислый раствор солей алюминия и предкатализатор обрабатывают основанием для осаждения смешанного гидроксида, который затем кальцинируют..
Носители обычно термически очень стабильны и выдерживают процессы, необходимые для активации предкатализаторов. Например, многие предкатализаторы активируются при воздействии потока водорода при высоких температурах. Точно так же катализаторы загрязняются после длительного использования, и в таких случаях они иногда повторно активируются циклами окисления-восстановления, снова при высоких температурах. Катализатор Филлипса, состоящий из оксида хрома, нанесенного на диоксид кремния, активируется потоком горячего воздуха.
Носители часто считаются инертными: катализ происходит при каталитические «островки» и носитель существуют для обеспечения больших площадей поверхности. Различные эксперименты показывают, что эту модель часто упрощают. Известно, например, что адсорбаты, такие как водород и кислород, могут взаимодействовать с островком и даже мигрировать от острова к островку через подложку без повторного входа в газовую фазу. Этот процесс, при котором адсорбаты перемещаются к подложке и от нее, называется побочным эффектом . Предполагается, например, что водород может «пролиться» на оксидный носитель, возможно, в виде гидроксильных групп.
Из-за недостаточного взаимодействия между катализатором и носителем со временем может происходить выщелачивание катализатора. и после длительного использования катализатора на носителе. Выщелачивание вредно по экологическим и коммерческим причинам. Для электрофильных катализаторов эту проблему можно решить, выбрав более простой носитель. Эта стратегия может негативно повлиять на активность катализатора, поэтому требуется тонкий баланс между выщелачиванием и активностью.
Сильное взаимодействие металла с носителем - еще один случай, подчеркивающий чрезмерное упрощение того, что гетерогенный катализаторы просто нанесены на инертное вещество. Первоначальное свидетельство было предоставлено открытием того факта, что частицы платины связывают H 2 со стехиометрией PtH 2 для каждого поверхностного атома независимо от того, нанесена ли платина или не. Однако при нанесении на диоксид титана Pt больше не связывается с H 2 с той же стехиометрией. Это различие объясняется электронным влиянием диоксида титана на платину, иначе называемым сильным взаимодействием металл-носитель.
Молекулярные катализаторы представляют собой иммобилизованные носители катализаторов. Полученный материал в принципе сочетает в себе свойства обоих гомогенных катализаторов - четко определенные структуры - с преимуществами гетерогенных катализаторов - восстанавливаемость и простоту обращения. Было изобретено множество способов прикрепления молекулярных катализаторов к носителю. Эта технология не оказалась коммерчески жизнеспособной, обычно из-за того, что гетерогенизированные молекулярные частицы выщелачиваются или дезактивируются подложкой.
Носители используются для придания механической стабильности наночастицам или порошкам катализатора. Опоры иммобилизуют частицу, уменьшая ее подвижность и способствуя химической стабилизации: их можно рассматривать как твердые укупорочные агенты. Подставки также позволяют легко перерабатывать наночастицы.
Одной из наиболее многообещающих подложек является графен из-за его пористости, электронных свойств, термостабильности и площади активной поверхности.
Поддерживаются почти все основные гетерогенные катализаторы.
Процесс | Реагенты, продукт (ы) | Катализатор | Поддержка |
---|---|---|---|
Синтез аммиака (процесс Габера – Бош ) | N2+ H 2, NH 3 | оксиды железа | оксид алюминия |
Производство водорода с помощью парового риформинга | CH4+ H 2 O, H 2 + CO | никель | K2O |
этиленоксид синтез | C2H4+ O 2, C 2H4O | серебро со многими промоторами | оксид алюминия |
Циглер– Натта-полимеризация этилена | пропилена, полипропилена ; этилена, полиэтилена | TiCl 3 | MgCl 2 |
Обессеривание нефти ( гидродесульфуризация ) | H2+ сероорганические соединения, RH + H 2S | Mo -Co | оксид алюминия |