多相催化(英語:Heterogeneous catalysis)是指催化劑與反應物或產物不同的催化作用[1]。 該過程與反應物、產物和催化劑存在於同一相中的均相催化形成對比。 相位不僅可以區分固體液體氣體成分,還可以區分不混溶的混合物(例如),或任何存在界面的地方。

乙烯在固體的催化性表面上(1) 吸附 (2) 反應 (3) 脫附

多相催化通常涉及固相催化劑和氣相反應物[2]。 在這種情況下,在催化劑表面發生分子吸附、反應和脫附的循環。 熱力學、傳質和傳熱會影響反應速率(動力學)

多相催化非常重要,因為它可以實現更快的大規模生產和選擇性產物形成[3]。 世界上大約 35% 的 GDP 受到催化的影響[4]。 90% 的化學品(按體積計)的生產得到固體催化劑的幫助[2]。 化學和能源工業嚴重依賴多相催化。 例如,哈伯-博施法 (Haber-Bosch process) 在的合成中使用金屬催化劑,肥料的重要成分; 2016 年生產了 1.44 億噸[5]

這裏的不僅指固體液體氣體,而且也指不混溶的液體,例如, 。絕大多數實際的多相催化劑是固體,而絕大多數反應物是氣體或液體[6]。在化學和能源行業的許多領域,多相催化是至關重要的。多相催化吸引了1936年的弗里茨·哈伯(Fritz Haber)和卡爾·博施(Carl Bosch),1932年的歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),和2007年的格哈德·埃特爾(Gerhard Ertl)榮獲諾貝爾獎[7][8][9][10][11]

吸附

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吸附是多相催化中必不可少的步驟。 吸附是氣相(或溶液)相分子(被吸附物)與固體(或液體)表面原子(吸附劑)結合的過程。 吸附的逆過程是脫附英語Desorption (Desorption),吸附質從吸附劑中分離出來。 在多相催化促進的反應中,催化劑是吸附劑,反應物是吸附物。

工業實例

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在工業中,必須考慮許多設計變量,包括跨從亞納米到幾十米的多個尺度的反應器和催化劑設計。 傳統的多相催化反應器包括間歇式、連續式和流化床反應器,而最近的裝置包括固定床、微通道和多功能反應器[12]。 其他需要考慮的變量是反應器尺寸、表面積、催化劑類型、催化劑載體,以及反應器操作條件,例如溫度、壓力和反應物濃度。

參閱

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參考資料

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  1. ^ Schlögl, Robert. Heterogeneous Catalysis. Angewandte Chemie International Edition. 9 March 2015, 54 (11): 3465–3520. PMID 25693734. doi:10.1002/anie.201410738. hdl:11858/00-001M-0000-0025-0A33-6 . 
  2. ^ 2.0 2.1 Rothenberg, Gadi. Catalysis : concepts and green applications. Weinheim [Germany]: Wiley-VCH. 17 March 2008. ISBN 9783527318247. OCLC 213106542. 
  3. ^ Information., Lawrence Berkeley National Laboratory. United States. Department of Energy. Office of Scientific and Technical. The impact of nanoscience on heterogeneous catalysis. Science (Lawrence Berkeley National Laboratory). 2003, 299 (5613): 1688–1691 [2023-05-22]. Bibcode:2003Sci...299.1688B. OCLC 727328504. PMID 12637733. S2CID 35805920. doi:10.1126/science.1083671. (原始內容存檔於2023-05-12). 
  4. ^ Ma, Zhen; Zaera, Francisco, Heterogeneous Catalysis by Metals, King, R. Bruce; Crabtree, Robert H.; Lukehart, Charles M.; Atwood, David A. (編), Encyclopedia of Inorganic Chemistry, John Wiley & Sons, Ltd, 2006-03-15, ISBN 9780470860786, doi:10.1002/0470862106.ia084 
  5. ^ United States Geological Survey, Mineral Commodity Summaries (PDF). USGS. January 2018 [2023-05-22]. (原始內容存檔 (PDF)於2019-01-25). 
  6. ^ Gadi Rothenberg, Catalysis: Concepts and green applications, Wiley-VCH: Weinheim, ISBN 978-3-527-31824-7
  7. ^ Swathi, R.S. and Sebastian, K.L. Molecular mechanism of heterogeneous catalysis. Resonance Vol. 13 Issue 6 (2008) p. 548-560.
  8. ^ Fritz Haber - Biographical. [2017-06-23]. (原始內容存檔於2018-06-12). 
  9. ^ Carl Bosch - Biographical. [2017-06-23]. (原始內容存檔於2018-06-13). 
  10. ^ Irving Langmuir - Biographical. [2017-06-23]. (原始內容存檔於2018-03-07). 
  11. ^ Gerhard Ertl - Biographical. [2017-06-23]. (原始內容存檔於2017-12-22). 
  12. ^ 引用錯誤:沒有為名為:2的參考文獻提供內容