你真的理解催化嗎?催化概念辨析

你真的理解催化嗎?催化概念辨析

目前電催化和光催化是多相催化的兩大研究領域,它們與傳統的多相催化有和區別呢?

有人質疑,按照催化劑的定義,催化劑在反應前後是沒有消耗的,然而電催化和光催化在催化過程中消耗了電和光,是不是電催化和光催化是多相催化中的“異類”?回答這一問題,這就需要進行概念辨析,最重要的是搞清楚電和光在催化過程中究竟起什麼作用?

你真的理解催化嗎?催化概念辨析

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百度搜索的電催化定義為

“電催化是使電極、電解質介面上的電荷轉移加速反應的一種催化作用”

,光催化定義為“

光觸媒是一種在光的照射下,自身不起變化,卻可以促進化學反應的物質,光觸媒是利用自然界存在的光能轉換成為化學反應所需的能量,來產生催化作用”

,該定義中並未明確電和光的作用,透過該定義去理解電催化和光催化,難免會產生誤解。實驗中,電或光在電催化或光催化過程中確實被消耗了。而我們常常所說的“催化”一般是需要額外能量驅動的(最多的是熱能),即要使催化劑起作用需要加熱,但是我習慣稱為“催化”,沒有稱之為“熱催化”。催化劑確實可降低反應的活化能,注意是“降低”不是完全“消除”,因此催化過程中仍然需要一部分能量,只是反應條件的要求降低了,比如所需的溫度、壓力比沒有催化作用時低。類比可知,電、光所起的作用和熱是一樣的,僅僅是催化劑的起作用的驅動力,當然在電或光催化過程中,也有溫度的影響,姑且稱作“混合驅動力”。由此可推斷,但凡可提供能量的能量形式都可作為催化劑的驅動力,是不是存在“磁催化”和“超聲催化”?

你真的理解催化嗎?催化概念辨析

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看到這裡,也許有人就會產生疑問,為什麼在催化過程中需要驅動力?筆者認為驅動力有大作用:

(1)如上提到,催化劑降低了反應的活化能,但是要發生反應仍然存在反應能壘,驅動力(熱、光、電等)可為克服能壘提供能量;(2)驅動力是催化活性中心再生的“加速器”。一般從能量角度來說,催化劑的活性中心處於高能態,傾向於透過與反應物的結合來降低體系能量,如形成中間體。一旦形成了穩定的中間體,活性中心就失去了繼續反應的能力。因此,需要驅動力(熱、光、電、壓力等)迅速打破這種穩定態,從而使體系再次回到高能態的活化態,使活性中心再生。

催化劑活性中心的再生也可能與催化劑本身有關,無限長時間之後活性中心可能得到再生,外在的驅動力加速了活性中心再生的速度!以上僅為筆者所思所想,不妥之處,多多線下交流!

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