添加其他金属形成合金后,合金触媒的性质和催化作用金属的性质发生变化,并受到化学吸附强度、催化活性和选择性等因素的影响。(1)合金触媒的重要性及其Pt-Re和Pt-Ir重整催化剂在炼油工业中的应用,开创了汽油无铅来源的先河。
利用Pt-Rh和Pt-Pd催化剂进行汽车尾气催化燃烧,对防止大气污染起到了重要作用。二者的应用,对改善人类生存环境起到了极其重要的作用。作为合金催化剂的双金属系主要有三种类型。一类由第VIII族和IB族元素组成的双金属系,如Ni-Cu,Pd-Au等;另一类由Au-Ag,Cu-Au等两种第VIII族元素组成,如Pt-Ir,Pt-Fe等;一类催化剂用于氢解烃类,加氢,脱氢,提高部分氧化反应的选择性,另一类用于提高催化剂的活性和稳定性。
合金触媒的特性及其理论解释,由于其性质比单一金属触媒复杂得多,所以对其研究甚少。其主要原因在于组合成分之间的协同作用(Synergeticeffect),根据加和原理不能根据单一成分推测合金催化剂的催化性能。举例来说,Ni-Cu催化剂可以用来氢解乙烷或环己烷脱氢。在添加5%Cu的条件下,催化剂对乙烷的氢解活性,大约比纯氮的低1000倍。随着Cu的加入,活性不断降低,但速度较慢。这种现象说明了Ni和Cu之间存在合金化的相互作用,如果不是这样,加入少量Cu后,催化剂的活性与Ni的单独活性相似,因为两种金属的微晶粒独立存在,且彼此无影响。结果表明,合金触媒具有较高的选择性,可通过合金化来调节。
例如,在Ni催化剂上进行环己烷转化,可使其脱氢生成苯类(目的产物);也可通过副反应生成甲烷等低碳烃。加Cu后,氢解活性明显下降,而对脱氢的影响很小,因而对脱氢的选择性较好。合金化不仅提高了催化剂的选择性,而且提高了其稳定性。举例来说,轻油重整催化剂Pt-Ir比Pt催化剂稳定性大得多。它的主要原因是Pt-Ir形成合金,从而避免或减少了表面烧结。碳氢化合物具有很强的氢解活性,能抑制表面积炭的生成,保持并提高其活性。