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指因物質的酸、鹼性質而發生催化功能的催化劑,它們能使反應物轉變為離子型活化了的過渡狀態,從而發生催化作用。

1定義

acid-base catalyst
因物質的酸鹼性質而起催化作用的催化劑。有液體酸鹼催化劑和固體酸鹼催化劑。前
酸鹼催化劑

  酸鹼催化劑

者多用於液相催化反應系統。若催化劑在溶液狀態中使用,其催化活性有時與溶劑的性質有關。多數液態酸鹼催化劑為化學藥劑或由用戶自配製成的溶液,它們常有腐蝕性,在貯運時必須注意。使用液態酸鹼催化劑,在其反應終了時,要將催化劑與反應混合物分離;而用固態催化劑時,流體反應物與固體催化劑各自成相,生產工藝簡單。多數固體酸鹼催化劑為催化劑工業的產品,最廣泛使用的是固體酸催化劑。
酸鹼催化劑種類繁多,可按酸鹼的性質分兩大類,即質子酸鹼(亦稱布朗斯台德酸鹼,簡稱B-酸、B-鹼)催化劑,能放出質子者為酸催化劑,接受質子者為鹼催化劑;另一類為路易斯酸鹼(簡稱L-酸、L-鹼)催化劑,其中能接受電子對者為酸催化劑,能給予電子對者為鹼催化劑。

2分類

按酸鹼的性質可分為兩類:質子酸鹼(亦稱布朗斯台德酸鹼,簡稱B酸、B鹼)催化劑和路易斯酸鹼(簡稱L酸、L鹼)催化劑。由B酸和L酸結合成的催化劑,具有很高的酸強度,稱超強酸催化劑。藉助酸催化與鹼催化的協同作用而發揮催化功能的稱酸-鹼雙功能催化劑。酸鹼催化劑用於澱粉水解、烯烴水合、醇類酯化、烴類裂解、異構化、歧化、烷基化、聚合等。

3作用過程

酸鹼催化劑

  酸鹼催化劑

以布侖斯惕酸鹼或路易斯酸鹼為催化劑催化某些反應,通過質子傳遞或授受電子對完成催化作用的過程,用於這些催化反應的物質稱為酸鹼催化劑。酸性催化劑主要包括液體酸、酸性絡合物、硅鋁酸鹽、酸性氧化物等;鹼性催化劑主要包括液體鹼、鹼土金屬氧化物等。

4固體酸鹼的定義和分類

固體酸:一般認為是能夠化學吸附鹼的固體,也可以了解為能夠使鹼性指示劑在其上面改變顏色的固體。固體酸又分為布朗斯特(Brφnsted)酸和路易斯(Lewis)酸。前者簡稱為B酸,後者簡稱為L酸。B酸B鹼的定義為:能夠給出質子的都是酸,能夠接受質子的都是鹼,所以B酸B鹼又叫質子酸鹼。L酸L鹼的定義為:能夠接受電子對的都是酸,能夠給出電子對的都是鹼,所以L酸L鹼又叫非質子酸鹼。

5固體酸鹼的強度和酸鹼量

B酸強度,是指給出質子的能力;L酸強度是指接受電子對的能力。
酸鹼催化劑

  酸鹼催化劑

酸強度通常用Hammeett函數H0表示,定義如下:
若一固體酸表面能夠吸附一未解離的鹼,並且將它轉變為相應的共軛酸,且轉變是藉助於質子自固體酸表面傳遞於吸附鹼,即:式中[B]a和[BH+]a分別為未解的鹼(鹼指示劑)和共軛酸的濃度。pKa是共軛酸BH+解離平衡常數的負對數,類似pH。若轉變是藉助於吸附鹼的電子對移向固體酸表面,即式中[A:B]是吸附鹼B與電子對受體A形成的絡合物AB的濃度。H0越小酸度越強。
酸量:固體表面上的酸量,通常表示為單位重量或單位表面積上酸位的毫摩爾數,即m mol/wt或m mol/m2。酸量也叫酸度,指酸的濃度。
固體鹼的強度,定義為表面吸附的酸轉變為共軛鹼的能力,也定義為表面給出電子對於吸附酸的能力。鹼量的表示,用單位重量或者單位表面積鹼的毫摩爾數,即m mol/wt或m mol/m2。鹼量也叫鹼度,指鹼中心的濃度。 酸鹼對協同位:某些反應,已知雖由催化劑表面上的酸位所催化,但鹼位或多或少地起一定的協同作用。有這種酸-鹼對協同位的催化劑,有時顯示更好的活性,甚至其酸-鹼強度比較單個酸位或鹼位的強度更低。例如ZrO2是一種弱酸和和弱鹼,但分裂C-H的鍵的活性,較更強酸性的SiO2-Al2O3高,也較更強鹼性的MgO高。這種酸位和鹼位協同作用,對於某些特定的反應是很有利的,因而具有更高的選擇性。這類催化劑叫酸鹼雙功能催化劑。 固體超強酸和超強鹼:固體酸的強度若超過100%硫酸的強度,則稱之為超強酸。因為100%硫酸的酸強度用Hammeett酸強度函數表示時為H0 = -11.9,故固體酸強度H0 < -11.9者謂之固體超強酸或超酸。
固體超
酸鹼催化劑

  酸鹼催化劑

強鹼是指它的鹼強度用鹼強度函數H-表示高於+26者。固體超強鹼多為鹼土金屬氧化物,或鹼土金屬與鹼金屬的複合氧化物。

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