酸碱催化剂中的酸中心：性质、分类与应用

酸碱催化剂中的酸中心：性质、分类与应用

酸碱催化剂是一类重要的催化剂，其催化功能来自于固体表面具有催化活性的酸性位点，称为酸中心。它们大多为非过渡元素的氧化物或混合氧化物，其催化性能与含有过渡元素的氧化物催化剂不同。该类催化剂在离子机理的催化反应中应用广泛，种类繁多（见表）。此外，还有负载型固体酸催化剂，即将液体酸担载在固体载体上而形成，如固体磷酸催化剂。

性质对固体酸催化行为比较重要的性质是酸中心、酸强度和酸性。 ①表面的酸中心可分为B-酸和L-酸（见酸碱催化剂），有时碱中心也同时存在。可用下式示意表示氧化铝表面酸中心的生成： 红外光谱研究表明，经800℃煅烧的γ-Al2O3表面可出现5种类型的羟基，对应5种酸强度不同的酸中心。混合氧化物表面酸中心的出现，多是由于组分氧化物金属离子的价数或配位数不同造成的。SiO2-Al2O3的酸中心模型有多种模式（见图）。 ②酸强度，固体酸的酸强度可以用哈米特酸强度函数H0表示，该值越小，酸强度越高。 ③酸度，用单位重量或单位表面积上酸中心的个数或毫摩尔数来表示，也叫酸度。同一固体表面上通常存在多个不同酸强度的酸中心，且数量不同，因此酸强度分布也是重要性质之一。从一些固体酸的酸强度范围可知，SiO-Al2O3、B2O3-Al2O3等均属强酸性，其酸强度相当于浓度90%以上的硫酸水溶液的酸强度。不同的催化反应往往对催化剂的酸强度有一定的要求。例如，对金属硫酸盐上的醛聚合、丙烯聚合、三聚醛解聚、丙烯水合等反应，有效催化剂的酸强度范围分别为H0≤3.3、H0≤1.5、H0≤-3、-30