Video在线视频

实际上 这就体现在我们前面讲的催化剂制备论文结构过程

我们在很多时候

要讲催化剂反应活性 选择性 活化能

我们说了 一篇论文里面的话

如何来确定最佳的反应条件

这反应条件 就是我们刚说了是

一定要保证 反应结果要得到一个

既有在高转化率下得到准确的选择性数值

也要在低转化率下得到准确的选择性数值

前面 我们给大家讲的是

关于活性计算过程中

要求大家掌握的转化率和选择性的关系

也给大家讲了转化率和选择性的

两者对应关系的考察

那是催化研究里面非常重要的

也是催化剂设计里面非常重要的基本前提

接下来 我们给大家讲的是

催化剂里面最本质或者是最重要定义 就是

催化剂活性的定义

活性是指的催化剂的一个催化作用的能力

我们一般把它活性体现在哪里

体现在对反应的速度的影响程度

这个影响程度是判断催化剂效能的高低的标准

我们来看一下活性的定义

国际上一般采用什么样的方法来定义

实际上 国际上采用催化剂活性定义

最开始是研究酶催化也就是生物催化的人

考虑到催化作用的定义

他们就从催化反应的定义来提出的催化作用定义

因为我们知道

催化剂领域有一个最重要阿伦尼乌斯方程式指的是

基于过渡态理论提出改变反应的活化能

按照阿伦尼乌斯方程应用

最开始研究的是从物理化学问题

过渡到酶催化问题

最后才到多相催化问题

所以 催化剂定义里面的活性

最早也是从酶催化领域引申过来的

我们把酶催化

开始引申到其他催化领域 最开始是有机催化

所谓的这个酶催化或有机催化里面的活性定义

把活性定义为什么 转化术

因为当时考虑到 酶催化剂有个特点 就是

它有非常高效的生物活性

所以 一般把它活性定义为转化速度 指的是

催化剂使用到失活时的时间内为单位时间

此时单位催化剂所转化至目标产物的次数

大家可以看一下

这个转化数有一个不确定的值是

催化剂使用到失活时间

也就是说 催化剂不一样

它催化剂的失活时间就不一样

有可能它这种不一致会导致

催化反应的转化的次数就不一样

所以这个TON值是很难对比的

比如说 如果改变催化剂 采用不同类型的催化剂

你要是看它的TON值

可以很大 也可以很低很难判定其效果

这个时候 一般工业上 就是业界

一般怎么来定义 一般怎么认为

因为酶催化或者金属有机催化反应

一般生产的产品都是高附加值的

一般会认为 TON大于等于1的催化剂

具有一定的工业应用价值

这个概念 TON值到现在为止还在酶催化

或是有机催化里面应用

我们这门课程 主要关注的不是这方面

特别不是酶催化和金属催化

我们要给大家讲的是

另外一个国际上比较通用的活性的定义

这个定义是什么

我们把它定义为在转化数

在转化数定义基础上 我们把它定义为

转化频率或是转化速率

这个转化频率或者转化速率

就是我们刚刚说的

TOF值和TOR值 是美国的一位叫Boudart的科学家

从酶催化的概念引入到多相催化里面

他Boudart给出了一个非常标准的定义是

就是我们说的

单位时间内 大家看到 时间是单位时间

活性位一定是

单个活性位上或是单个活性中心上

转化至目标产物的次数

所以 这个次数

如果是把它看成转化的速率 就是TOR值

这里就会看到的是TOF值和TOR值应该是

是一个没只有一个时间的单位的一个

只有时间单位的数值也就是秒负1

或者是小时负1 分钟负1

来看一下具体的TOF值和TOR值的计算的公式

单位时间内 我们可以看到

就是dt表示指的是单位时间

单个活性位是活性数目的倒数1/N

反映的次数 是dn 就是n指的是反应的次数

所以 反应TOF值就等于dn除以dt

再除以活性位的数目

时间单位 国际标准单位是秒负1

但是 有的时候 更多的时候

在很多文章里会用了一个

转化速率 就是TOR值 为什么要采用TOR值呢

因为很多时候

我们可能没法观测到或者是很难确定反应的次数

我们关心的是反应物转化到目标产物的量

所以 对于计算公式我们会做一个引申的定义就是

把dn里的n指的是 反应物转化为目标产物的量

N分之一 里面的N 就是活性位的数目

所以 我们就会用一个单位

单位时间内 每摩尔的活性位的数目上

转化反应物摩尔数即反应物的数目

反应物至目标产物的量

这个值就会用这个单位 大家可以看到

这是一个更清晰的概念 我们知道

一般来说 活性范围 这样标注就可以知道

是基于哪个活性位来计算的

我们指的催化反应是针对哪个反应物

比如说 有很多反应物的情况

通过单位可以知道是基于哪个反应物

这也是含时间的单位

总的来说的话 TOF和TOR值基本上是相通的

我们前面讲了

催化剂的开发时用的是TOF值为指标

工业催化剂的制备

催化剂制备用的是单位质量 单位时间

单位表面积的转化的数目

实际上 这种工业催化剂活性在我们的教科书里面的话

已经提到了

一般指的是可以把它认作是叫做空时产率

或者是时空产率

它是指的刚才说的 就是单位体积

单位面积 或者单位质量催化剂

单位时间内得到产物数目

大家如果看一下PPT上的公式

跟我们前面的TOF值计算公式实际上是很接近的

所不同的范畴是什么 是把活性数目1/N变成

体积的倒数 表面积的倒数和质量的倒数

我们前面给大家已经讲过了

它们两者本质的区别是

单位体积的催化剂或单位表面积的催化剂 单位质量催化剂

里面的活性位的数目可以不一样

或者是里面的孔结构可以不一样

导致的传质传热影响不一样

主要是活性位的数目是不一样的

所以 从这两个定义的公式就可以看到

最基本的结果是

我们一定要记住

工业上催化剂的评价指标或者活性指标

所谓的空时产率跟催化剂的活性是不相等的

这个大家一定要注意

记住这一点

从事不同研究课题的同学

去看文献就应该要有对文献取舍能力

比如说 做工业催化剂的指标或催化剂设计

你若去看

催化材料 催化新材料文献 这个时候

催化剂的活性可以做参考

但是 一定要考虑到这个材料是否适合你的工业催化剂设计

满足工业催化剂的指标

比如 我们举一个例子 就是我们都知道的黄金催化剂

把黄金做成纳米的小颗粒的催化剂

它黄金活性非常高

但是黄金有个特点是它熔点非常低

比如说 我们日常做首饰

有些女生喜欢戴黄金首饰 就会看到

黄金可以做成各种各样 很漂亮的形状

说明它黄金最重要的特点就是熔点很低 容易加工

大概是在300摄氏度就可以发生熔化

在很多能源化工领域

反应是需要五 六百摄氏度的反应

这个时候 你们可以想一想

我们把黄金做成催化剂

可能在算单个活性位的活性时候 它的活性非常高

但是 如果换成单位质量催化剂的活性

它会很低

因为它在反应条件下发生烧结

本来有很多的活性位

烧结变成只有一 两个活性位

这样的话 整个单位质量的催化剂

或整个单位体积的催化剂 它活性肯定下降了

所以 这个时候你说你看了文献

说黄金催化剂是一个好催化材料

但是你在工业应用上反而会发现 黄金催化剂不能工业化

我们不能否定 直接就说黄金催化剂不能作为催化剂

而是要看采用什么反应条件 具体情况具体分析

所以 我们强调的是

空时产率和催化剂的活性是不能相等的

大家一定要注意

将这一点引申到你们看催化材料相关文章的时候

也要思考 有选择性的合理的借鉴

文章报道的活性的结果