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下面开始介绍一下

在负载型催化剂制备里面非常重要的基础

就是溶液化学里面的界面化学理论

这个溶液化学

溶液中的界面化学

跟前面讲的水溶液化学如果一起

组合起来就形成了整体的

关于催化剂制备的无机化学的基础理论

特别是无机化学角度上

可以阐述大多数的催化剂制备问题

说这一节的内容话应该来说是第五章

最重要的基础理论

首先来看一下界面化学里面非常重要的

或是无法避开的点就是界面化学是指的针对

氧化物载体跟溶液之间的界面化学

一讲到氧化物载体会存在一点 就是性质就是等电点

如果把氧化物当做金属离子

可以把它理解为 氧化物在水溶液里面也会发生溶剂化

溶剂化也会发生带电的

氧化物载体在水溶液中它会表面会发生极化带电

这种带电性质是跟所在溶液里面的pH值有关系的

如果把氧化物当做跟水反应生成表面羟基

那表面羟基本身是不带电的

在一定的pH条件下它可能会发生极化带电

也可以带的阴离子

也可以带的阳离子

这阴离子阳离子代表的一定pH值

这pH值说白了就是的等电点

可以看到不同氧化物

经常讲的碱性氧化物氢氧化镁

它等电点大概在12.5左右

它在水溶液里面显的碱性

最主要的是带电状态

如果对于氧化钛 氧化硅它就属于酸性的载体

它在水溶液里面就显酸性

它等电点大概是在三点几到二到四左右

这个载体的等对点跟负载型催化剂制备有样的关联

来具体看一下等电点的由来

怎么来理解载体的等电点

可以把载体氧化物

在水溶液里面可以把它理解为金属离子

在水溶液里面发生因为pH值变化

发生的羟基化反应

同样氧化物

它表面跟水接触发生表面的羟基化

一般认为所有的个氧化物载体表面

要跟溶液中的物种发生反应

它是主要是通过的表面羟基化的位置

说把表面羟基化的载体表面

当作表面的吸附位

这表面的吸附位在酸性的介质条件下

它要发生反应

类似可把它当作酸碱反应

就会使得它不会生成带正电荷

带正电就类似于胶体里面的按双电层理论

它带正电 在周围就要吸引负离子

在酸性介质里面 载体表面会带正电的

在碱性的介质里面

相反就是因为

它表面羟基跟碱进行反应就带表面负电

关于这酸性介质里面

羟基跟质子之间的反应

碱性介质里面羟基跟碱之间的反应

大家可以去回顾一下前面讲水溶液化学里面

水合离子在碱性和酸性条件下的反应平衡都很好理解

就是可以把它当做 类似的水解水解反应

就酸性条件下水解生成类似的水合配体

碱性条件下生成氧联的配体

从这可以看

既然载体表面带电

碱性介质带负电吸附的阳离子

如果溶液体系里面要负载金属离子

金属离子如果是阳离子

这样通过这样强的吸附作用

利用双电层作用

就会得到高分散负载型催化剂

为什么强调这点大家可以去回顾一下

在溶胶凝胶法里讲到到了

过度憎液溶胶里面讲到双电层的结构

双电层结构有个特点就是

由于胶粒本身带电它跟紧密层之间的作用力就非常强

这个表面带电生成的离子

很显然应该会取代双电层结构

如果把要负载的金属离子

都放在紧密层里面作用力就很强

这个时候有可能就可以得到表面高分散的活性物种

这就是利用的等电点和pH值关系

利用界面化学制备高分散催化剂的

最基本的理论的来源

可以得到氧化物的载体等电点的特点

如果在特定的pH值条件下

它的粒子表面羟基正好是达到平衡

不带电 不带正电 不带负电

它属于零电荷

这个时候就是所谓的等电点

对应胶体溶液化学里面的

可以把它理解成

对应胶体溶液里面的Zeta电位等于0的时候

等电点可以通过Zeta电位电位

来滴定 就可以得到的等电点

在做催化剂制备的过程中不希望载体

所处在体系属于等电点作用

因为如果属于等电点

这个载体表面跟金属离子之间作用力

可能就少了 仅仅是物理间的作用力

如果在一定的偏酸性或偏碱性的条件下

就有可以使载体表面带一定的电荷

这样有可能就吸附它的反离子

可以看一下在催化剂制备过程中

实际上会根据的载体的性质来选择

它所要负载的金属离子的种类

对酸性载体

一般会选择阳离子作为它的活性组分的前驱体

而对于的碱性载体氧化镁 会选择负离子

如果对于那些中性的等电点

大概在4到9之间的变化 比如氧化铝 氧化钛之间

它可以选择范围比较大 可以在偏酸性或偏碱性条件下

可以吸附正离子和负离子

可以看一下这个例子

如果要负载金属铂催化剂

如果选择碱性的介质就是酸性的载体

很显然氧化硅很显然适合采用铂氨离子 就阳离子

如果这时候想要氧化镁

很显然是不适合吸附铂氨离子

只适合用铂氯盐酸根的阴离子

这就是利用如何来利用等电点来吸附金属盐类

得到高分散度的催化剂的最基本的特点

就是利用界面化学里面等电点的由来

来看一下氧化物的等电点

是怎么设定的或者说跟胶体里面的Zeta电位有没有关系

胶体里面Zeta电位

是否可以应用到的氧化物的载体的等电点

这个虽然是最基本的概念

但是很重要 有助于大家去理解

如何利用界面化学来制备高分散的负载型的催化剂

特别是负载型的金属催化剂和贵金属出来

首先来看一下水溶液化学的最基本的原理

如果把氧化物也当做金属离子

首先要知道前面讲的

氧化物活性位是表面羟基化的 换句话说水合羟基化

可以把它认做 金属离子

当金属暴露在外表面的时候

金属氧化物暴露在外表面除了有氧原子

也有金属离子

金属离子跟水可能会生成

开始就会发生强的催化作用

因为这个时候金属是离子状态

可以当做溶剂化作用

会存在第一层的吸附的状态有可能就是 羟基

这样的就生成吸附

就是表面的羟基化的集团

这种羟基化水的溶剂化作用是很有意思的

水本身可以利用氧 跟氢之间的亲电作用 可以生成键

同样存在第一溶剂化层和第二溶剂化层的作用

以水为媒介 以这羟基 表面羟基

以水为媒介 以氢键为媒介

会生成很多层的吸附的现象

对于胶粒的双电层理论来说

可以看看它最主要的区别是

这个氧化物表面它会存在

水作为媒介层

对于胶粒并不存在这样概念

说的是胶粒 胶核本身它会带电

带电会吸附反离子

有一部分是紧密吸附 存在紧密层

有一部分是扩散层弱吸附的

在讲到溶胶稳定性的时候引入ζ电位

ζ电位的概念指的是

指的是分散层和紧密层的的离子的比例

紧密层指的是在电场作用下

胶核带的的紧密层的反离子是继续运动的

而的扩散层是不跟它一起运动

而是向另外方向进行运动的

通过这样可以设定分散层和紧密层的量

氧化物的载体是否也存在的这样关系

它吸附反离子是否存在紧密层

是否还吸附分散层

如果存在它意义就非常重大

为什么会说意义非常重大

是因为如果在紧密层里面的金属离子

跟载体表面之间的作用力就非常强

这部分非常强

通过吸附

它可能作用力很强以后肯定是高分散的物种

也不会 很难发生迁移

如果这里面离子越多肯定是吸附的效果越好

负载量比较高而且分散性非常好

如果载体紧密层的离子非常少

这个非常多

有可能就考虑

载体和金属离子之间的作用力可能是不是会减弱

或者是不利

这就是说的要非常有必要去看一下

思考就是氧化物载体是否也存在ζ电位

如何来把它进行区分

怎么来区分分散层和的紧密层

来看一下前面讲ζ

溶胶凝胶里面实际讲到了ζ电位影响会发现

说就是

当ζ电位等于零的时候说明整个胶粒本身是不带电的

这个时候所有的反离子是都进入到它的紧密层

这个时候实际上就可以把它理解为

这状态有点类似氧化物的等电点的状态

用氧化物制备催化剂 那很显然就是

要尽量让它避免在等电点的状态

一定要实现在 表面带电荷的作用

是带正电荷和带反电荷的负电荷

唯一要做的是可能是如果让它紧密层里面

它的离子越多

可能负载量越高越好 分散度又越好

来看一下的氧化物

它双电层结构是不是跟我们说的

胶体的一样 这么简单或是这样类似的结构

回到最基本的概念就是氧化物

氧化物载体在水溶液里面界面结构

早期是给出了定义就是斯特恩层的结构

所谓的斯特恩层就是载体的表面根据它的电势

它存在亥姆霍兹外层

亥姆霍兹外层的外面就是属于类似于这种体相的溶液状态

来看一下亥姆霍兹的双电层理论

所谓的亥姆霍兹双电层理论可以看一下

氧化物载体本身它带电

如果这个时候它本身带一定的

表面可能带一定的正电荷

在无穷远的地方

这电核取最高电势

当把氧化物放在水溶液里面

前面说了它带电以后

第一个溶剂化层是

首先是根据跟的水溶剂或者水分子进行接触

跟它最亲密的接近的这一面或溶剂分子这一面

它叫做亥姆霍兹内层

吸附的第一个水合离子

大家注意一下在讲到界面化学时候

水合离子就会强调一点

水合离子都是溶剂化的水合离子

吸附了第一层的水合离子

它的中心为界面

切下来就是亥姆霍兹的内层

而前面讲了斯特恩层就是这一层的状态

如果按照前面讲的作用

按我们理解应该来说

这部分应该作用力是最强的

因为跟它距离最近 进行接触的

而亥姆霍兹外层外面它也会存在有很多的的反离子

这反离子它可以相互扩散的

这扩散过程中与整个吸附还显电性

外面这些就体现的不一样层数就是扩散层

可以得到亥姆霍兹双电层理论解析就是

第一层是溶剂化层就亥姆霍兹内层

第二层是反离子的水合离子的中心是亥姆霍兹外层

对应 之外

跟体相溶液接近的地方 就是外层到接近的

体相溶液层就是的扩散

在这亥姆霍兹内层里面

它不仅仅吸附溶剂分子或者水分子

有可能会吸附一些杂离子

除此之外还有

扩散层里面或是溶液里面还有的水合离子

前面讲了双电层理论最开始

斯特恩理论把这个亥姆霍兹外层当作的斯特恩层

斯特恩模型可以把双电层理论分为

两层 一层就是的紧密层 一层就是的扩散层

在测定氧化物

用ζ电位仪测定ζ电位

是不是就等于斯特恩层的电位

前面讲了把这当做电极电势

如果这样电位就指的是这个位置的电势

还是指的是这里面的反离子的数目跟离子

内部的离子数目的比值