許多金屬都可作為催化劑，用得最普遍的是過(guò)渡金屬。過(guò)渡金屬具有優(yōu)良的加氫脫氫特性，是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的加氫脫氫催化劑。金屬催化的偶聯(lián)反應(yīng)是有機(jī)合成中常見(jiàn)的形成碳碳鍵和碳雜鍵的反應(yīng)，在有機(jī)合成中有著至關(guān)重要的作用。

 作用

①加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)能力; 

 ②對(duì)于復(fù)雜反應(yīng)，可有選擇地加快主反應(yīng)的速率，抑制副反應(yīng)，提高目的產(chǎn)物的收率; 

 ③改善操作條件，降低對(duì)設(shè)備的要求，改進(jìn)生產(chǎn)條件;

 ④開(kāi)發(fā)新的反應(yīng)過(guò)程，擴(kuò)大原料的利用途徑，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝路線(xiàn); 

 ⑤消除污染，保護(hù)環(huán)境。

 分類(lèi)       

 按催化反應(yīng)類(lèi)別，貴金屬催化劑可分為均相催化用和多相催化用兩大類(lèi)。均相催化用催化劑通常為可溶性化合物(鹽或絡(luò)合物)，如氯化鈀、氯化銠、醋酸鈀、羰基銠、三苯膦羰基銠等。多相催化用催化劑為不溶性固體物，其主要形態(tài)為金屬絲網(wǎng)態(tài)和多孔無(wú)機(jī)載體負(fù)載金屬態(tài)。金屬絲網(wǎng)催化劑(如鉑網(wǎng)、銀網(wǎng))的應(yīng)用范圍及用量有限。絕大多數(shù)多相催化劑為載體負(fù)載貴金屬型，如Pt/A12O3、Pd/C、Ag/Al2O3、Rh/SiO2、Pt-Pd/Al2O3、Pt-Rh/Al2O3等。在全部催化反應(yīng)過(guò)程中，多相催化反應(yīng)占80%～90%。按載體的形狀，負(fù)載型催化劑又可分為微粒狀、球狀、柱狀及蜂窩狀。按催化劑的主要活性金屬分類(lèi)，常用的有：鈀催化劑、銀催化劑、鉑催化劑和銠催化劑。

 特點(diǎn)

①過(guò)渡金屬氧化物中的金屬陽(yáng)離子的d電子層容易失去電子或奪取電子，具有較強(qiáng)的氧化還原性能。

 ②過(guò)渡金屬氧化物具有半導(dǎo)體性質(zhì)。 ③過(guò)渡金屬氧化物中金屬離子的內(nèi)層價(jià)軌道與外來(lái)軌道可以發(fā)生劈裂。

 ④過(guò)渡金屬氧化物與過(guò)渡金屬都可作為氧化還原反應(yīng)催化劑，而前者由于其耐熱性、抗毒性強(qiáng)，而且具有光敏、熱敏、雜質(zhì)敏感性，更有利于催化劑性能調(diào)變，因此應(yīng)用更加廣泛。

 金屬催化劑的作用機(jī)理　　

1、金屬催化劑的吸附作用 　　

吸附是非均相催化過(guò)程中重要的環(huán)節(jié)，過(guò)渡金屬能吸附O等氣體，強(qiáng)化學(xué)吸附能力與過(guò)渡金屬的特性有關(guān)，是因?yàn)檫^(guò)渡金屬最外層電子層中都具有d空軌道或不成對(duì)d電子，容易與氣體分子形成化學(xué)吸附鍵，吸附活化能較小，能吸附大部分氣體，最主要的是d軌道半充滿(mǎn)或者全充滿(mǎn)，較穩(wěn)定，不易與氣體分子形成化學(xué)吸附鍵。

 　　催化反應(yīng)中，金屬催化劑先吸附一種或多種反應(yīng)物分子，從而使后者能夠在金屬表面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，金屬催化劑對(duì)某一種反應(yīng)活性的高低與反應(yīng)物吸附在催化劑表面后生成的中間物的相對(duì)穩(wěn)定性有關(guān)。 　　

一般情況下，處于中等強(qiáng)度的化學(xué)吸附態(tài)的分子會(huì)有最大的催化活性，因?yàn)樘醯奈绞狗磻?yīng)物分子的化學(xué)鍵不能松弛或斷裂，不易參與反應(yīng);而太強(qiáng)的吸附則會(huì)生成穩(wěn)定的中間化合物將催化劑表面覆蓋而不利于脫附。

 　　2、金屬-載體間的相互作用　　

誘導(dǎo)金屬-載體相互作用的兩大類(lèi)因素是電子相互作用和化學(xué)相互作用。對(duì)于不同金屬催化劑體系，各種因素對(duì)金屬-襯底相互作用的影響不同，哪種因素占主導(dǎo)地位主要取決于金屬催化劑本身性質(zhì)和反應(yīng)條件。 　　

電子相互作用是指當(dāng)金屬與載體接觸時(shí)，保持能量最低以及固體電勢(shì)連續(xù)，金屬/載體界面處會(huì)出現(xiàn)電荷的重新分布，影響范圍分為局部電荷轉(zhuǎn)移和長(zhǎng)程電荷轉(zhuǎn)移。局部電荷轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的主要因素是弱的范德華力引起的電子軌道相互極化。 　　

長(zhǎng)程電荷轉(zhuǎn)移是由于金屬與氧化物接觸時(shí)，兩相界面處費(fèi)米能級(jí)要保持一致，電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移。在金屬-載體接觸的交界面上，載體有大量的表面態(tài)，它們對(duì)自由電子傳遞的勢(shì)壘的形成有重要影響，以載體型半導(dǎo)體為例，若金屬和載體的功函數(shù)不同，在它們形成接觸時(shí)，發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。        

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(mǎn)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。       

 貴金屬作為 一種資源，產(chǎn)量少而且不易氧化。在使用過(guò)程中，貴金屬催化劑會(huì)因各種因素而失去活性，一般分為中毒、燒結(jié)和熱失活、結(jié)焦和堵塞三大類(lèi)。因此，如何提高貴金屬催化劑的使用壽命、降低貴金屬載量、增加貴金屬的回收率尤其重要。