金屬催化劑是以金屬為主要活性組分的固體催化劑。主要是貴金屬及鐵、鈷、等過渡元素。有單金屬和多金屬催化劑。
金屬催化劑是一類重要的工業(yè)催化劑。以金屬為主要活性組分的固體催化劑。主要是貴金屬及鐵、鈷、鎳等過渡元素。金屬催化劑主要包括塊狀催化劑（如電解銀催化劑、融鐵催化劑、鉑網(wǎng)催化劑等），分散或者負(fù)載型的金屬催化劑，金屬互化物催化劑，合金催化劑（如銅Ni合金加氫催化劑），金屬簇狀物催化劑。
由于貴金屬催化劑擁有更好的化學(xué)活性，因而能夠廣泛應(yīng)用在化學(xué)制藥、石油化工、加氫、脫氫、氧化、還原、異構(gòu)化、芳構(gòu)化、裂化、合成等反應(yīng)，在化工、石油精制、石油化學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)保及新能源等領(lǐng)域。貴金屬催化劑在多種環(huán)境下都能夠穩(wěn)定地保持其催化特性，同時(shí)還具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等綜合優(yōu)良特性。選擇性能好：針對不同的應(yīng)用場景，貴金屬催化劑通常只針對某一化學(xué)反應(yīng)起作用，不會影響到其他反應(yīng)，降低了對整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的干擾。
分類
非負(fù)載型和負(fù)載型金屬催化劑
按催化劑的活性組分是否負(fù)載在載體上分類：
非負(fù)載型金屬催化劑
指不含載體的金屬催化劑，按組成又可分單金屬和合金兩類。通常以骨架金屬、金屬絲網(wǎng)、金屬粉末、金屬顆粒、金屬屑片和金屬蒸發(fā)膜等形式應(yīng)用。骨架金屬催化劑，是將具有催化活性的金屬和鋁或硅制成合金，再用氫氧化鈉將鋁或硅溶解掉，形成金屬骨架。工業(yè)上最常用的骨架催化劑是骨架鎳,1925年由美國的M.雷尼發(fā)明，故又稱鋁鎳合金催化劑。骨架蘭尼鎳廣泛應(yīng)用于加氫反應(yīng)中。其他骨架催化劑還有骨架鈷、骨架銅和骨架鐵等。典型的金屬絲網(wǎng)催化劑為鉑網(wǎng)（見圖）和鉑-合金網(wǎng)，應(yīng)用在氨化氧化生產(chǎn)硝酸的工藝上。
負(fù)載型金屬催化劑
金屬組分負(fù)載在載體上的催化劑，用以提高金屬組分的分散度和熱穩(wěn)定性，使催化劑有合適的孔結(jié)構(gòu)、形狀和機(jī)械強(qiáng)度。大多數(shù)負(fù)載型金屬催化劑是將金屬鹽類溶液浸漬在載體上，經(jīng)沉淀轉(zhuǎn)化或熱分解后還原制得。制備負(fù)載型金屬催化劑的關(guān)鍵之一是控制熱處理和還原條件（見催化劑制造）。
單金屬和多金屬催化劑
按催化劑活性組分是一種或多種金屬元素分類：
單金屬催化劑
指只有一種金屬組分的催化劑。例如1949年工業(yè)上首先應(yīng)用的鉑重整催化劑，活性組分為單一的金屬鉑負(fù)載在含或氯的η-氧化鋁上。
多金屬催化劑
催化劑中的組分由兩種或兩種以上的金屬組成。例如負(fù)載在含氯的γ-氧化鋁上的鉑-等雙(多)金屬重整催化劑。它們比前述僅含鉑的重整催化劑有更優(yōu)越的性能，在這類催化劑中，負(fù)載在載體上的多種金屬可形成二元或多元的金屬原子簇，使活性組分的有效分散度大大提高。金屬原子簇化合物的概念最早是從絡(luò)合催化劑中來的，將其應(yīng)用到固體金屬催化劑中，可以認(rèn)為金屬表面也有幾個(gè)、幾十個(gè)或更多個(gè)金屬原子聚集成簇。70年代以來，根據(jù)這一概念，提出了金屬原子簇活性中心的模型，用來解釋一些反應(yīng)的機(jī)理。在負(fù)載型和非負(fù)載型多金屬催化劑中，若金屬組分之間形成合金，稱為合金催化劑。研究和應(yīng)用較多的是二元合金催化劑，如銅-鎳、銅-鈀、-銀、-金、鉑、鉑-銅、鉑－銠等。可以通過調(diào)整合金的組成來調(diào)節(jié)催化劑的活性。某些合金催化劑的表面和體相內(nèi)的組成有著明顯的差異，如在蘭尼鎳中加入少量銅后，由于銅在表面富集，使鎳催化劑原有表面構(gòu)造發(fā)生變化，從而使乙烷加氫裂解活性迅速降低。合金催化劑在加氫、脫氫、氧化等方面均有應(yīng)用。
應(yīng)用
在選擇和設(shè)計(jì)金屬催化劑時(shí)，常考慮金屬組分與反應(yīng)物分子間應(yīng)有合適的能量適應(yīng)性和空間適應(yīng)性，以利于反應(yīng)分子的活化。然后考慮選擇合適的助催化劑和催化劑載體以及所需的制備工藝，并嚴(yán)格控制制備條件，以滿足所需的化學(xué)組成和物理結(jié)構(gòu)，包括金屬晶粒大小和分布等。除貴金屬外，還原態(tài)的金屬催化劑均極為活潑，易于被氧化。催化劑生產(chǎn)廠為了貯運(yùn)的方便，多以氧化物狀態(tài)提供商品（見表），用戶經(jīng)活化處理或在使用過程中才還原成金屬狀態(tài)。活化的方法、條件十分重要（見催化劑使用）。有些催化劑生產(chǎn)廠也提供某些預(yù)還原的氨合成用的鐵催化劑，以縮短用戶的開工期，并保證催化劑的使用特性。
參考資料 >