Промоторы представляют собой вещества, которые сами по себе не проявляют катализирующей активности или проявляют её крайне слабо, но в сочетании с основным катализатором значительно увеличивают его активность, селективность или устойчивость. Промоторы действуют на молекулярном уровне, изменяя физико-химические свойства активного центра катализатора или структуры его поверхности.
Механизмы действия промоторов:
Структурный промоторный эффект – улучшение распределения активного компонента на носителе, увеличение площади поверхности и создание дополнительных активных центров. Пример: добавление алюминия в платиновые катализаторы для гидрирования углеводородов улучшает дисперсность платины.
Электронный промоторный эффект – изменение электронного состояния активного центра, что влияет на сродство к реагентам. Например, оксид цезия или калия на никелевых катализаторах увеличивает электронную плотность на никеле, улучшая адсорбцию водорода.
Координационный эффект – промотор может изменять координационное окружение активного атома, облегчая образование переходных состояний реакций. Пример: MoO₃ в катализаторах гидрирования азотистых соединений улучшает координацию молибдена с водородом.
Термическая и химическая стабилизация – промоторы могут предотвращать агломерацию или окисление активного компонента, увеличивая долговечность катализатора. Например, оксиды редкоземельных элементов в катализаторах аммиачного синтеза повышают термостабильность железа.
Классификация промоторов:
Яды — вещества, которые сильно снижают активность катализатора или полностью его подавляют. Ядовитое действие может быть обратимым или необратимым в зависимости от природы взаимодействия с активными центрами.
Механизмы ядовитого действия:
Физическое блокирование активного центра – адсорбция ядовитого вещества на поверхности активного центра препятствует взаимодействию с реагентами. Пример: сера на никеле или платине, связываясь с металлом, блокирует гидрогенизацию.
Химическое связывание – образование прочных химических соединений с активным центром, которые необратимо выводят центр из строя. Пример: фосфоры на железных катализаторах гидрирования образуют устойчивые фосфиды.
Изменение электронной структуры – ядовитое вещество изменяет электронное состояние активного центра, снижая его каталитическую активность. Пример: хлор в кобальтовых катализаторах Фишера–Тропша изменяет электронную плотность на кобальте, снижая скорость синтеза углеводородов.
Конкурентная адсорбция – ядовитые молекулы конкурируют с реагентами за активные центры. Пример: аммиак на катализаторах окисления метана адсорбируется сильнее, чем метан, снижая эффективность реакции.
Классификация ядов:
Методы защиты катализаторов от ядов:
Промоторы и яды часто воздействуют на катализатор одновременно, создавая сложную динамику активности. Промоторы могут снижать токсичность определённых ядов, изменяя свойства поверхности или электронное состояние активного центра. Например, добавление оксидов редкоземельных металлов может уменьшить эффект серы на никелевых катализаторах.
Заключение по сути взаимодействий: эффективность катализатора определяется балансом между положительными эффектами промоторов и отрицательным действием ядов. Изучение этих взаимодействий позволяет создавать катализаторы с высокой активностью, селективностью и долговечностью в условиях промышленного производства.