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你真的理解催化吗?催化概念辨析

 我是梦雨凝 2017-03-24


  
目前电催化和光催化是多相催化的两大研究领域,它们与传统的多相催化有和区别呢?有人质疑,按照催化剂的定义,催化剂在反应前后是没有消耗的,然而电催化和光催化在催化过程中消耗了电和光,是不是电催化和光催化是多相催化中的异类回答这一问题,这就需要进行概念辨析,最重要的是搞清楚电和光在催化过程中究竟起什么作用?


   
 百度搜索的电催化定义为电催化是使电极、电解质界面上的电荷转移加速反应的一种催化作用,光催化定义为光触媒是一种在光的照射下,自身不起变化,却可以促进化学反应的物质,光触媒是利用自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量,来产生催化作用,该定义中并未明确电和光的作用,通过该定义去理解电催化和光催化,难免会产生误解。实验中,电或光在电催化或光催化过程中确实被消耗了。而我们常常所说的催化一般是需要额外能量驱动的(最多的是热能),即要使催化剂起作用需要加热,但是我习惯称为催化,没有称之为热催化。催化剂确实可降低反应的活化能,注意是降低不是完全消除,因此催化过程中仍然需要一部分能量,只是反应条件的要求降低了,比如所需的温度、压力比没有催化作用时低。类比可知,电、光所起的作用和热是一样的,仅仅是催化剂的起作用的驱动力,当然在电或光催化过程中,也有温度的影响,姑且称作混合驱动力由此可推断,但凡可提供能量的能量形式都可作为催化剂的驱动力,是不是存在磁催化超声催化


看到这里,也许有人就会产生疑问,为什么在催化过程中需要驱动力?笔者认为驱动力有大作用:1如上提到,催化剂降低了反应的活化能,但是要发生反应仍然存在反应能垒,驱动力(热、光、电等)可为克服能垒提供能量2)驱动力是催化活性中心再生的加速器一般从能量角度来说,催化剂的活性中心处于高能态,倾向于通过与反应物的结合来降低体系能量,如形成中间体。一旦形成了稳定的中间体,活性中心就失去了继续反应的能力。因此,需要驱动力(热、光、电、压力等)迅速打破这种稳定态,从而使体系再次回到高能态的活化态,使活性中心再生。催化剂活性中心的再生也可能与催化剂本身有关,无限长时间之后活性中心可能得到再生,外在的驱动力加速了活性中心再生的速度!以上仅为笔者所思所想,不妥之处,多多线下交流!


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