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当前课程知识点：催化剂设计与制备 > 第二章催化剂的设计 > 2.3 催化剂各组分的设计 > Video

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这就是我们课后给大家留的思考题

我们的思考题里面的第四点就是

如果想要p型半导体

是否可以提高它的反应速率采用什么样的改性方法

我们还有三个思考题是什么

去分析一下工业上一些反应的催化剂的选择

比如说二氧化硫跟氧气氧化生成三氧化硫

工业上用硅藻土负载的五氧二钒和钾

我们不妨去想一下

我们引入钾

除了电子助剂作用

这电子助剂能否跟半导体催化理论进行结合起来讨论

还有一氧化碳和水中温变换水汽变换反应

用的铁铬还有镁钾催化剂

我们来看一下为什么用氧化铁和氧化铬的组合

nn的组合

n型半导体和n型半导体的组合

我们为什么不采用p型半导体

大家不妨去想想

第三个例子就是

丁烯氧化脱氢制丁二烯这是一个非常重要

非常经典的反应早期工业化实际就用了半导体催化剂

比如说三氧化钼和铋系列的催化剂

大家看一下这里引用了三氧化钼是n型半导体

我们不妨去思考一下这些工业反应

我们对工业催化剂的选择

为什么会选择的n型半导体

还引入其它的

低价离子或者高价离子进行改性它的依据是什么

实际上大家只要总结归纳工业催化剂的选择

就会发现一些非常有意思的现象

氧化物催化剂

很多工业催化剂的历史都可以用半导体催化理论进行解释

所以这个思考题2.5我们在课上就不再详细讨论了

大家可以课后去查相关资料看相关文献去讨论

为什么工业上采用催化剂它是一个最好的选择

比报道的其他催化剂好的原因

然后结合他们文献讨论的具体原因

再结合今天讲的半导体理论

大家去思考看看能不能对你

在催化剂设计方面的工作有一定的启发作用

我们在前面给大家介绍了n型半导体和p型半导体改性

能够提高电子逸出功

或提高导电性

然后改变费米能级

所以我们下面最后来看一下

费米能级跟氧化物催化剂筛选的作用也就说

现在不管n型半导体和p型半导体

我们更多来关注电子传输的理论

对于费米能级在氧化物里面

我们刚刚说的

如果在半导体里面引入了一个施主杂质和受主杂质

大家一定要注意的就是

费米能及提高和电子逸出功的变化正好是相反的

在实际的过程中实际操作过程中

我们用肉眼是看不到

费米能级的变化和逸出功的变化过程

我们只能通过间接证据

比如说吸附氧化性的气体

还原性的气体看它的能力的强弱

实际上还有一个仪器的表征方法就是

电导率的变化电导率变化

是增加还是减少

比如说n型半导体

引入施主能级

电导率是增加了导电性能提高电导率是增加的

我们可以通过这电导率的表征方法

来跟催化剂的性能进行关联

这个是在半导体催化或光催化里面

希望大家注意的非常重要的改性研究方法

就是电导率

我们来看一下半导体氧化物催化一些吸附的特性

半导体对n型半导体是电子导电 p型半导体是空穴导电

而空穴阳离子它本身是有氧化性能的

那么电子是带电荷的

所以吸附质吸附过来它会发生

给电子或得电子

中性的反应物分子大家想一下

得到一个电子就显电性

失去一个电子给空穴就显正电

所以半导体催化过程中表面的氧化物质的话是

分子就要离子化

这个大家一定要注意

氧化物催化剂和金属催化剂最重要区别

比如说氢气在氧化锌上的吸附过程它能生成什么

氢在氧化锌上有能生成氢正离子和氢负离子吸附的物种

在金属表面它能生成的是什么氢原子

这个是半导体催化跟金属催化一个非常重要的区别

反过来这样就可以去解释大家可以去想

在催化剂设计过程中

就可以思考问题

为什么金属的加氢能力会强于半导体的加氢能力

我们可以想一下

加氢要发生把氢气活化以后要

氢气物种要在催化剂表面进行移动

如果是一个氢原子是金属表面

氢是原子状态

它可能自由移动是比较快的

如果在氧化物里面

一个氢正离子和一个氢负离子

你们想一下H正离子要移动

它没法单独移动

因为它受到氢负离子的牵制

所以说它是要离子对的移动氢正离子和氢负离子移动

很显然比金属表面的氢原子的移动过程是不容易的

所以我们就可以发现一个普遍现象是

金属的加氢活性一般高于

半导体的加氢活性

为什么会这样

这个普遍现象我们今天就给大家解释了

我们可以通过半导体的

导电的性能的本质

给大家进行解释就是因为电子导电和空穴导电

同时的话我们还给大家稍微补充一下有些

催化原理书上没有介绍的

根据半导体的吸附我们还把它分为

受主键的吸附

施主键的吸附

所谓的受主键吸附就n键吸附

相当于

n型半导体它有给电子能力

吸附分子就得到电子就是对n型半导体

发生n键的吸附 p型半导体是发生了p键吸附

这个主要给大家稍微介绍一下 n键吸附和p键吸附的概念

因为在有些文献或教科书里面会讲到

n键吸附和p键吸附

大家有一个大概了解就可以了

我们主要来关心一下

半导体氧化物的吸附性能

我们之所以给大家给出这张片子

大家有一个熟悉的感觉

前面刚刚讲了什么金属的能带理论

能带理论给出的一张表格是

根据不同反应物的气体吸附能力

对金属进行分类

对于半导体氧化物我们同样也可以有

有很多前期的学者也做了这样的工作

根据不同的探针分子

比如氧气一氧化碳氢气

还有丙烯还有乙醇的醇类还有苯等

对导体的n型和p型半导体的吸附能力

大家可以看到的特点就是

基本上n型半导体可以看到氧气的吸附能力

相对于其它是比较弱的

那么我们可以通过这个看到一个非常重要的现象

在半导体氧化物催化剂在工业催化剂

做一个新的工业催化反应

完全可以利用

我们现有的实验室数据进行一个初步的筛选

我们这里给大家讲一个普遍的现象是

我们看一下这些里面的所有的

p型半导体

本征半导体氧化铜和n型半导体五氧化二钒

我们会发现一个特点是

基本上对所有的反应来说

所有的有机物或是无机物

比如氢气一氧化碳芳烃

有非常好的吸附能力的是

是n型半导体五氧化二钒

也就是现在氧化物催化剂里面用的非常广的

氧化钒和氧化铬催化剂

用的最广泛的一氧化物催化剂

但是氧化钒氧化铬

在现代催化或现代化工领域

会把它认为是

是高危的有毒的物质

一般想取代氧化钒氧化铬

但是今天学了这个

学了半导体催化大家不妨去想

如果要让你去找到一个催化剂来替代氧化钒氧化铬

有什么样的方法

或者是我们面临的挑战是在哪里

挑战大不大

这个大家可以课后去思考一下

我们现在很多特别是脱硝脱硫催化剂

现在一直用的是钒基催化剂

有很多技术人员和科学家在做无钒的催化剂

无钒催化剂要替代钒

它的难点是在哪里

如果从半导体

这时候我们从工业角度上讲如果能从半导体角度去看一下

五氧化二钒它本身的导电性能或性质是什么样的

实际上可能会对你们的开发工作有一定的帮助

我们来看一下总结一下

就是给电子的气体和接受电子的气体

对n型半导体和p型半导体的影响规律

我们这里只给大家讲一个例子

我们这里相当于是给大家提供数据

让大家以后在学习或设计半导体催化剂的时候

有一个参考就可以

我们只要记住了一个n型

基本上所有p型的正好是相反的

给电子气体比如氢气一氧化碳

n型半导体

我们说了它是给电子

脱出功是减少增加而吸附中心是晶格的金属离子

这样的话它会使得表面电荷增加

p型半导体正好相反

接受电子的气体

跟给电气的n型半导体正好是相反的过程

这里在强调一下就是

这种给电子的气体和接受电子的气体只是相对的

比如说氢气和氧气的反应一氧化碳和氧气的反应

氢气和一氧化碳是给电子

但是如果一氧化碳加氢生成甲醇

一氧化碳反而是得电子的

所以我们一定要学会灵活应用这种给电子和接受电子

是要视具体情况来进行分析的

我们最后给大家总结一下如何利用半导体的吸附特性

进行活性组分的筛选

我们实际上反反复复给大家说大家一定要做的注意的是

从实验表征的手段上可以测量电导率

而这电导率跟逸出功相关

而逸出功就决定了什么

我们的给电子的得失电子的能力

这得失电子的能力实际上就是

就是吸附反应分子的强弱

如果再结合Sabatier规则

我们可以在很多活性组分特别氧化物活性组分筛选过程中

有非常好的结果

最后我们也同样留个思考题是让大家想一下

对于半导体催化里面

为什么会说p型半导体比n型半导体

是一个更活泼的氧化物催化剂

它的原因是什么

为什么我们会这样想

催化剂设计与制备课程列表：

课程简介

-课程简介

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第一章绪论

-绪论

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-1.1 催化剂设计的尺度

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-1.1 催化剂设计的尺度--作业

-1.2 催化剂的活性与选择性

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-1.2 催化剂的活性与选择性--作业

-1.3 多相催化反应本征动力学

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-1.3 多相催化反应本征动力学--作业

-1.4 工业催化剂设计概述

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第二章催化剂的设计

-2.0 引言

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-2.1 催化作用基本概念与催化剂设计

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-2.1 催化作用基本概念与催化剂设计--作业

-2.2 催化剂设计的程序

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-2.2 催化剂设计的程序--作业

-2.3 催化剂各组分的设计

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-2.3 催化剂各组分的设计--作业

-2.4 催化剂宏观物性的选择

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-2.4 催化剂宏观物性的选择--作业

-2.5 工业催化剂筛选与设计实例

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-2.5 工业催化剂筛选与设计实例--作业

第三章催化剂制备的理论基础

-3.1 软化学 (Soft Chemistry)

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-3.2 组合化学(Combinational Chemistry)

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-3.3 化学热力学与无机合成

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-3.3 化学热力学与无机合成--作业

第四章氧化物载体和催化剂的制备

-4.1 催化材料和催化剂制备方法简介

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-4.2 氧化物催化材料制备基础

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-4.2 氧化物催化材料制备基础--作业

-4.3 氧化物载体和催化剂的制备方法

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-4.3 氧化物载体和催化剂的制备方法--作业

第五章负载型催化剂的制备

-5.1 负载型催化剂简介

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-5.2 负载型催化剂制备基础

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-5.3 负载型催化剂的制备方法

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-5.3 负载型催化剂的制备方法--作业

第六章催化剂的活化

-6.1 简介

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-6.2 过滤与洗涤

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-6.3 干燥

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-6.4 焙烧

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-6.5 还原

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-6.5 还原--作业

第七章特殊催化剂及其制备方法

-7.1 骨架催化剂

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-7.2 化学置换法制备金属催化剂

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-7.3 液相化学还原法制备金属催化剂

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-7.4 等离子辅助制备催化剂

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-7.5 混合法

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-7.6 膜催化材料

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第八章催化剂的成型

-8.1 绪论

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-8.2 工业催化剂成型

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第一章绪论

第二章催化剂的设计

第三章催化剂制备的理论基础

第四章氧化物载体和催化剂的制备

第五章负载型催化剂的制备

第六章催化剂的活化

第七章特殊催化剂及其制备方法

第八章催化剂的成型

Video笔记与讨论

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第一章绪论

第二章 催化剂的设计

第三章 催化剂制备的理论基础

第四章 氧化物载体和催化剂的制备

第五章 负载型催化剂的制备

第六章 催化剂的活化

第七章 特殊催化剂及其制备方法

第八章 催化剂的成型

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第八章催化剂的成型