贵金属催化剂调研报告

贵金属催化剂调研报告

问:5.思考贵金属催化剂的回收和资源化方法?
  1. 答:对于不同废催化剂,从中提取金属和合金的工艺技术不同。含银、铂和铑等贵金属废催化剂回收利用主要方法有:
    高温挥发法:在某些气体存在下加热物料,使贵金属漏拦以氯化物形式挥发出来,经吸收后提取其中的贵金属。
    载体溶解法:用酸或碱将载体全部溶解而金属留在渣中,再从渣中提取贵金属。
    选择性溶解法:即载体不溶,选择特殊溶剂将铂等贵金属溶出,从溶液中提取金属组分。
    全返竖胡溶法:将载体及贵金属一次性全部纤渣溶入溶液中,然后采取离子交换或萃取法回收溶液中的贵金属。
    火法熔炼:在高温下把贵金属和载体进行分离。
    燃烧法:对于载体为碳质的催化剂,将载体燃尽后提取其中的贵金属。
  2. 答:氯化物形式挥发出来,经吸收后提取其中的贵金属。
    载体溶解法:用酸或碱将载体全部哗氏溶解而金属留在渣中,再从渣中提取贵金属。
    选择性溶解法:即载体不溶,选择特殊溶剂将铂明升等贵金属溶出,从溶液中提取金属组分。
    全溶法:将载体及激芦老贵金属一次性全部溶入溶液中,然后采取离子交换或萃取法回收溶液中的贵金属。
问:为什么许多贵金属是优秀的催化剂,有什么共性的地方?
  1. 答:我觉得化学学好了,说起催化剂这一点还是很容易理解的,很多贵金属是优秀的催化剂,催化剂能做什么呢,我们来分析一下。
    贵金属催化剂的主要性能指标
    “活性”是衡量催化剂效能大小的标准。工业上通常以(或重量)催化剂在一定条件下,单位时间内所得到的产品数量来表示。“选择性”是指催化剂作用的专一性,即在一定条件下,某一催化剂只对某一起加速作用。“稳定性”是指催化剂在使用过程中保持其活性及选择性不变的能力,通常以使用寿命来表示。催化剂的良好性能不仅取决于活性金属的固有特性,而且取决于其结晶构造、粒子大小、、孔结构及分散状态等因素。
    共性方向
    能作为催化剂的金属一定是具有空d轨道,可很好地形成参与反应。密度高,易成键。大,其外围可以形成的配体数目多。但是其实很多时候理论上的分析并不一定能指导实际的催化性能,很多时候催化方式和活性起决定作用的其实是与金属配位的配体,而且配体的结构稍微改变,其性能就会发生天翻地覆的变化。
    应用贵金属做催化剂
    贵金属的氧化膜与其他金属的氧化膜不同的是,贵金属的察衡氧化膜是很并没带难检测到的。就是这极微量的氧化物,就具有神奇的催化作用,也是贵金属为优秀的催绝芦化剂的原因。因为用贵金属做催化剂,消耗极少,甚至人们认为贵金属做催化剂没有消耗。
    总结:贵金属作为催化剂有很大的优势。
问:为什么许多贵金属是优秀的催化剂,有什么共性的地方?
  1. 答:虽然是现在所在的课题组是做过渡金属催化的,但在本科和硕士期间从事全合成,对过渡金属了解不多。不过也可以解答该问题,若有错误望指证。
    首先贵金属碧枯的催化能力强大并不是因为它“贵”。诸如Ag、Au、Pd、Pt等金属作为单质而言,虽然价格高昂,但其却很少应用到催化反应中。但作为催化剂和配体配位后,他们就可以很好地体现催化作用了。它的根本上便是空d轨道的原因,可很好地形成配位键参与反应。可以说催化剂的反应活性与其参与配谈带位的d电子所占比例呈正比。就最常含慧芦见的Pd催化剂(70%以上的催化反应都是Pd催化的)而言,其d电子所占比例在0.4以上,可以说是过渡金属中top级别的,因此有着很高的反映活性。其他热门的催化剂如Ru、Rh、Pt、Ir原子中这部分d电子所占比的比例都在0.4以上。其二,是与吸附能力有关,容易脱附在某些基团,但这应是属于界面化学的内容了,我对此不太了解。
    如KetoneWho所说可由小分子催化剂(e.g.Amino acid, Brønsted acid, organic Lewis acid)(我们研究所的Benjamin List在这方面做了不少工作),生物酶,和一些廉价和安全(毒性小)的金属(Cu和Fe)。
    说到预测,化学的神奇就在它的不可预测性,就如我以前的老板push我们时候说的“你问我这个反应能不能成,你不去试试(不去好好搬砖)怎么知道呢。” 和他评论做计算的人的时候说的“我给他们一个反应,让他们去算算,要是算出来可以做的成,那么这反应真的就成了吗?”
  2. 答:空的d电子轨道,较小的能级间距,配位多样性
    贵金属催化是现今有机化学研究的热点,有很多金属有机的新机理出现扩大了其使用空间。
    代替的话不是没有,有机另一领域小分子催化,还有生物酶,催化不必贵金属差。
    总体来说,有机化学领域在向更温和,更精密的方向发展,而贵金属正好迎合了这个方向(更低的活化能,更高的化学选择性),在未来贵族禅吵金属会在有机合成占一席之地,但不会像现在这样火爆。
    至于量化,现在计算还粗糙的很,其结果可以作为参考依据,但打主力做预测还是难了点。
    首先催化是个范围很广的话题 常见袭困固体催化剂包括过渡金属 过渡金属氧化物 典型金属氧化物每一类都有适应的范围 比如异构化 聚合 典型金属氧化物更合适 选择性氧化 过渡金属氧化物更合适 而在氢化 氧化方面过渡金属更合适 答主的问题应该类似氢化方面 为什么贵金属合适范围广 简而言之一句话 能让氢适度活性化的催化剂适合氢化 贵金属恰好是过渡金属中容易满足这个条件的一部分而已 具体算法可以参照兆侍bebo法来预测。
  3. 答:如果只是说均相催化,上面都说的很对,一般贵金属都是过渡金属,有空的d轨道可以配位,价态也有不同变化,杂化方式、配位方式、配位数多。这样就使得配体和过孙启渡金属排列组合的数量多了。方法学的话,一般对于一个反应的发现,最先筛选的金属和配体。配体可以在非常大的程度内调节催化剂的性能:稳定性、空间位阻、“软硬程度”、手性控制,但这一切调节作用的前提是配体要先和中心金属配位上,并且还不影响催化活性。所以贵金属催化剂之所以用的多,我觉得一部分原因是贵金属可选用的配体多,或者说现在发现的配体都恰好适用于这些贵金属。
    一般贵金属都是过渡金属,有空的d轨道可以配位,价态也有不同变化,杂化方式、配位则肆如方式、配位数多。这样就使得配体和过渡金属排列组合的数量多了。方法学的话,一般对于一个反应的发现,最先筛选的金属和配体。配体可以在非常大的程度雹含内调节催化剂的性能:稳定性、空间位阻、“软硬程度”、手性控制,但这一切调节作用的前提是配体要先和中心金属配位上,并且还不影响催化活性。所以贵金属催化剂之所以用的多,我觉得一部分原因是贵金属可选用的配体多,或者说现在发现的配体都恰好适用于这些贵金属。
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