7 金属氧化物催化剂课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,Catalysis Chemistry,Lecturer:,王峰云,催化化学,6.,过渡金属氧化物催化剂 及其催化作用,6.1,催化剂的应用,主要催化氧化还原性反应,催化剂主要是过渡族元素,IV BVIII B,和,IB、IIB,副族元素的氧化物。而且催化剂多由两种或多种氧化物组成。,这些氧化物具有半导体性质，所以又称氧化物催化剂为半导体催化剂。,为什么这些氧化物能用于氧化还原型催化反应呢？,6.2,过渡金属氧化物催化剂的电子特性,金属氧化物中金属阳离子的,d,电子容易失去或得到电子,过渡金属氧化物多具有半导体性质,6.3 Theory of semiconductor energy belt,6.3.1 Energy belt,2个,Na,+,23S,1,N,个,Na N3S,1,Back,5-10,eV,eV,6.3.2,半导体分类,E,f,费米能级（,最高占有与最低未占轨道中间,），电子平均位能,逸出功,=最高未占轨道能量,-E,f,6.4,半导体的形成,ZnO,中,Zn,过量，它存在于晶体内间隙处，,Zn,+,束缚一个,e，,以保持中性。,Zn,+,e is called donor,Zn,2+,O,2-,Zn,2+,O,2-,Zn,2+,O,2-,O,2-,Zn,2+,O,2-,Zn,2+,O,2-,Zn,2+,Zn,2+,O,2-,Zn,2+,O,2-,Zn,2+,O,2-,n type,（1）含有过量金属原子的非化学计量化合物,（2）用高价离子取代晶格中正离子,（3）通过向氧化物晶格间隙掺入电,负性小的杂质原子,Li+Zn,2+,Li,+,+Zn,+,P type,NiO,中,Ni,缺位。,Ni,3+,Ni,2+,+,acceptor,Ni,2+,O,2-,Ni,2+,O,2-,Ni,2+,O,2-,O,2-,Ni,2+,O,2-,O,2-,Ni,2+,Ni,2+,O,2-,Ni,2+,+,O,2-,Ni,2+,+,O,2-,O,2-,Ni,2+,O,2-,Ni,2+,O,2-,Ni,2+,(1)正离子缺位的非化学计量的氧化物,（2）用低价正离子取代,（3）向晶格掺入电负性大的间隙原子,F+Ni,2+,F,-,+Ni,3+,6.5 Adsorption and Reaction on Metal Oxide,Back,6.5.1 On n-type,Adsorption,吸附氧(,O,2-,),吸量很小,且使电导率下降。,吸附氢(,H,+,),吸量大,且使导电率升高.,Reaction,加氢，脱氢,6.5.2 On p-type,吸附氧(,O,2-,),吸量大,且使电导率升高。,吸附氢(,H,+,),吸量小,且使导电率下降.,Adsorption,Reaction,氧化,6.5.3,吸附态分子带电情况,6.6,氧化物催化剂的半导体机理,（,吸附氧参与,）,2,N,2,O,MO,2,N,2,+O,2,Mechanism,Activity:,p n,.Explain,or,例如：,P,导带能级,N,导带能级,而，是慢步骤，,P,导带易接受,O,-,电子，加速了反应。,p,n,6.7 Oxygen species and their function,O,2,-,O,-,是强亲电反应物，导致完全氧化。,O,2-,（,晶格氧）是亲核试剂，没有氧化性质，用于选择氢化,。,酒精测试仪,可以对气体中酒精含量进行检测的设备有五种基本类型，即：燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型。但由于价格和使用方便的原因，,目前常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。,2,）,N,型半导体氧化物型酒精测试仪,ZnO,，,SnO2,等,酒精,+O2=CO2+H2O,燃料电池酒精传感器,交警用酒精检测仪,2),燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。,与半导体型相比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。但是由于燃料电池酒精传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前（,2009,年）只有美国、英国、德国等少数几个国家能够生产，加上材料成本高，因此价格相当昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍。酒精浓度测试仪,-,辅助设备 。,