和傳統的金屬催化劑相比 貴金屬催化劑究竟好在哪裡？

100多年前，瑞典化學家貝採裡烏斯在家裡宴請親友時，偶然發現了催化作用和催化劑。他從實驗室急忙趕回家，沒來得及洗掉手上沾到的鉑黑，便接過酒杯和客人飲酒，杯中香醇的蜜桃酒卻變成了酸酸的“醋”。原來鉑黑遇酒加快了酒精和空氣中氧氣發生化學反應，生成丁醋酸，人們把這一作用稱為觸媒作用（或者催化作用）。催化劑是在化學反應裡能改變其他物質的化學反應速率，而本身的質量和化學性質在化學反應前后都沒有改變的物質。化工生產中常用到催化劑，如合成氨生產採用鐵催化劑、硫酸生產採用釩催化劑、乙烯的聚合以及用丁二烯制橡膠等。貴金屬催化劑是催化劑大家族裡面的一種，可定義為含貴金屬（金、銀、鉑、釕、銥、鋨、鈀、銠等）的催化劑材料，其工業研究起源於1831年英國的菲利普斯提出以鉑為催化劑制造硫酸，並在隨后的研究中成為熱潮。

金（Au）、銀（Ag）、鉑（Pt）、鈀（Pd）、銠（Rh）、釕（Ru）等貴金屬催化劑由於具有高的催化活性和好的催化選擇性（活性是單位質量或容積的催化劑在單位時間內轉化原料反應物的數量，即催化反應的快慢程度﹔選擇性是指對同一個反應，使用不同的貴金屬催化劑，會生成不同的產物，即可通過不同的催化劑選擇性生成目標產物），越發受到催化化工研究者的喜愛，逐漸被用來代替傳統催化工業中的一些過渡金屬催化劑。那麼，和傳統的金屬催化劑相比，貴金屬催化劑究竟好在哪裡？

首先，貴金屬在一般情況下不易發生化學反應，性質相對來說非常穩定（比如鋁暴露在空氣中很容易被氧化，變成氧化鋁），常溫下不易被氧化，高溫下也不會自燃，一般酸鹼無法腐蝕它，所以用貴金屬催化劑制備以后，比一些普通金屬催化劑要穩定，容易儲存。

通常，貴金屬催化劑可以在更低的溫度下比一般金屬催化劑擁有更高的性能（催化活性和選擇性）。研究發現，納米級別的貴金屬粒子和載體之間的相互作用會改變其表面的性質（幾何結構和表面電子），可以加速反應，呈現很高的催化活性。

再次，因為貴金屬催化劑之間存在協同作用（兩種催化劑組合在一起，作用大於分別使用的總和），不僅可以組合使用，使催化反應的活性大大增加，且貴金屬可以和一般金屬形成不同含量比例和不同顆粒尺寸的組合催化劑，提高反應的選擇性和催化劑的壽命（可使用時間的長短），降低催化劑的成本（存在自然界中的貴金屬的量非常的少，所以其價格也比一般金屬的要高很多）。

最后，一些貴金屬催化劑的合成條件溫和、合成方法簡單，且舊催化劑回收利用性能依然很好，成為目前研究最多的一類催化劑。貴金屬催化劑主要應用於氫化反應和氧化反應，目前為止，其研究主要集中在制備方法、粒徑大小及與載體（負載貴金屬顆粒的物質）之間的相互作用上。貴金屬催化劑雖然有種種優點，但我們也要意識到它不是萬能的。在使用過程中，貴金屬催化劑會因各種因素而失去活性，一般分為中毒、燒結和熱失活、結焦和堵塞三大類。

本文由中科院大學化學科學學院副研究員劉文超進行科學性把關。