霍知節(jié)

1 “魔術(shù)神杯”

1.1 從“酒曲”開始

反應(yīng)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，須使其化學(xué)鍵發(fā)生改變或斷裂，所需最低能量便是“活化能”。催化劑，就是通過改變反應(yīng)物的活化能，改變化學(xué)反應(yīng)速率，其數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后均無改變的物質(zhì)。這種改變化學(xué)反應(yīng)速率，又不影響化學(xué)平衡的現(xiàn)象即為“催化作用”。催化作用的本質(zhì)就是由于催化劑的介入，新的反應(yīng)途徑所需活化能降低，從而提高了化學(xué)反應(yīng)的速率[1]。

催化劑和反應(yīng)體系就如同“鎖與鑰匙”的關(guān)系，具有高度的專一性。一種催化劑并不對(duì)應(yīng)所有化學(xué)反應(yīng)，某些化學(xué)反應(yīng)也非對(duì)應(yīng)唯一的催化劑。催化劑的活性是其重要品質(zhì)和催化能力的關(guān)鍵指標(biāo)，將其定義為單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)活性中心上起反應(yīng)的次數(shù)或分子數(shù)。工業(yè)生產(chǎn)上常以每單位容積或質(zhì)量的催化劑，在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化原料反應(yīng)物的數(shù)量來表示，如每立方米催化劑在每小時(shí)內(nèi)能使原料轉(zhuǎn)化的千克數(shù)[2]。催化劑的穩(wěn)定性決定其“壽命”，意指從開始使用至其活性下降至無法使用的時(shí)間累積，包括對(duì)高溫?zé)嵝?yīng)的耐熱穩(wěn)定性，對(duì)摩擦、沖擊的機(jī)械穩(wěn)定性，以及毒化作用的抗毒穩(wěn)定性等。

對(duì)于“催化作用”的認(rèn)識(shí)古已有之。四千多年前，我國以谷物釀酒就頗為盛行，在釀造過程中使用必不可少的“酒母”，即“酒曲”。酒曲不僅是我國的重大技術(shù)發(fā)明，也是最早的“生物酶催化劑”。因?yàn)椤熬魄庇晌⑸?、糖化酶、淀粉酶、蛋白酶等?gòu)成，可將釀酒原料中的淀粉和蛋白質(zhì)等轉(zhuǎn)化為糖、氨基酸等，最后生成口味各異的美酒佳釀。故有“曲為酒之母，曲為酒之骨，曲為酒之魂”之說，足見“催化劑”是個(gè)“神器”。催化劑的工業(yè)應(yīng)用起步于國外，18世紀(jì)中葉，將二氧化氮（NO2）作為催化劑，應(yīng)用于在鉛室法制取硫酸的化學(xué)反應(yīng)?！按呋薄按呋瘎钡葘I(yè)詞匯的提出，則源自19世紀(jì)30年代貝采里烏斯的“魔術(shù)神杯”故事了。

1.2 從“貝采里烏斯”延續(xù)

瓊斯·雅可比·貝采里烏斯（圖1），1779年8月20日生于瑞典南部的小鄉(xiāng)村。家境貧寒，他在逆境中成長和自學(xué)，后在著名化學(xué)家約翰·阿夫采利烏斯教授幫助下，開始了自己的科研生涯，并獲醫(yī)學(xué)博士學(xué)位。他為發(fā)展化學(xué)作出了卓越的貢獻(xiàn)：以氧作標(biāo)準(zhǔn)測定了四十多種元素的原子量，首次采用沿用至今的化學(xué)元素符號(hào)系統(tǒng)；發(fā)現(xiàn)和首次制取了硅（Si）、硒（Se）、釷（Th）、鈰（Ce）、鈁（Fr）、鉭（Ta）、鍺（Ge）等元素；首先提出和使用了諸多化學(xué)概念和術(shù)語包括化學(xué)理論，如“有機(jī)化學(xué)”“同素異形”“同分異構(gòu)”“催化”“電化二元論”等；發(fā)現(xiàn)“硅質(zhì)”并對(duì)“硅酸鹽”進(jìn)行了命名和分類；開創(chuàng)有機(jī)化學(xué)研究領(lǐng)域等等。他還是偉大的化學(xué)教育家，編著3卷化學(xué)教科書使用長達(dá)30余年，是成千上萬青年化學(xué)家們的基礎(chǔ)必讀本，堪稱當(dāng)時(shí)最完整、最系統(tǒng)和最通俗的化學(xué)教科書。化學(xué)領(lǐng)域的杰出成就，使他成為19世紀(jì)聲名顯赫的化學(xué)權(quán)威，與道爾頓、拉瓦錫并稱“現(xiàn)代化學(xué)之父”。但是，他終因常年辛勤于科研工作，積勞成疾，于1848年8月7日病逝。

1.3 詭異的“神杯”

貝采里烏斯由于醉心于科學(xué)事業(yè)，56歲初婚，24歲的妻子是瑞典國務(wù)大臣的女兒。盛大而豪華婚禮后，他依舊埋頭于自己的科研工作，無暇他顧。一日，他在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室一直忙碌到天黑。妻子在家里已經(jīng)準(zhǔn)備了豐盛的酒菜，宴請(qǐng)很多親友，等著為他祝賀生日。貝采里烏斯則完全沉浸在自己的化學(xué)實(shí)驗(yàn)里，全然不知。一頭霧水地被妻子從實(shí)驗(yàn)室拉回家里，親朋們舉杯祝他“生日快樂”時(shí)，他才恍然大悟激動(dòng)的手都沒來得及洗，端起一杯蜜桃酒一飲而盡。喝得興起，他又斟滿一杯酒，剛喝一小口，就皺眉質(zhì)問妻子，為何將家里的醋拿給他喝。貝采里烏斯的發(fā)問舉座皆驚，妻子仔細(xì)觀察著酒瓶，趕緊倒出一杯，慢慢品嘗起來，“不是醋啊，千真萬確是香醇的蜜桃酒?。　必惒衫餅跛?jié)M臉困惑，隨手將自己的那杯酒遞給妻子，妻子只喝了一口，就全都吐出。一臉迷惑不解地說：“甜酒怎么就變成酸醋啦？”客人們都好奇地圍攏來，爭相觀察著、辨識(shí)著、猜測著，這只“神杯”里的詭異。

貝采里烏斯則從自己的專業(yè)角度觀察分析后，發(fā)現(xiàn)盛“醋”的酒杯里沉有少量黑色粉末，竟然是他在實(shí)驗(yàn)室研磨白金粉末時(shí)，沾滿雙手的鉑黑，在他舉杯時(shí)落入了酒中。瞬間，他靈光乍現(xiàn)，興奮地將那杯“醋”酒一干而盡。因?yàn)樗l(fā)現(xiàn)了這只“神杯”里的詭異，揭開白金粉末能使酒變成醋酸的秘密：將白金粉末加入酒或乙醇中，可使其與空氣中的氧氣 （O2）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加快醋酸的生成速度。鉑黑所起的作用就是化學(xué)反應(yīng)中的“觸媒”作用，也即“催化”作用，希臘語釋其為“解去束縛”。

1836年貝采里烏斯首次在《物理學(xué)與化學(xué)年鑒》，提出“催化”與“催化劑”的概念。1902年W·奧斯特瓦爾德明確給出了“催化”的定義，即加速化學(xué)反應(yīng)而不影響化學(xué)平衡的作用。1910年合成氨的大規(guī)模生產(chǎn)，則是催化工藝發(fā)展史上的里程碑。20世紀(jì)20年代，成功研發(fā)用鈷催化劑由一氧化碳和氫合成液體燃料的費(fèi)—托法；50年代，研發(fā)成功齊格勒—納塔催化劑，用于烯烴定向聚合?，F(xiàn)今化工業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展中，催化方法的使用已經(jīng)無處不在了。

2 稀土元素“插足”催化劑家族

2.1 “催化劑”大家族

就催化原理而論，“催化劑”家族主要由5大類成員組成。首推金屬催化劑，主要是第4～6族部分過渡族金屬元素。金屬原子的電子結(jié)構(gòu)，是決定催化劑活性的主要因素。又因某些金屬元素還具有氧化和重整的催化活性，故用途甚廣。金屬催化劑主要用于脫氫和加氫的化學(xué)反應(yīng)。第2大類成員是金屬氧化物催化劑，主要為過渡金屬氧化物催化，非過渡金屬氧化物催化則被劃入酸堿催化。此類實(shí)用型的催化劑常為多組分氧化物的混合物，多為半導(dǎo)體，組分很復(fù)雜。金屬氧化物催化劑被廣泛地用于氧化、加脫氫、聚合等化學(xué)反應(yīng)。第3大類成員是配位（絡(luò)合）催化劑，依舊是過渡金屬及其化合物，如鈀、銠、鈦、鈷的化合物等，具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，易形成多種絡(luò)合物而進(jìn)行某種特定反應(yīng)，即絡(luò)合催化劑作用。該類催化劑在溶液中作為均相催化劑的應(yīng)用和研究較多。第4大類成員是酸堿催化劑，就化學(xué)專業(yè)領(lǐng)域的酸堿概念認(rèn)定：高嶺土、硅酸鋁分子篩、氧化鋅、硝酸鋅等均為酸；氧化鈣、碳酸鋇、浸漬堿液硅膠和鋁膠等均為堿，或稱固體酸堿。在給定的條件下，該類催化劑呈現(xiàn)出的酸堿性是其催化活性的根本原因。配位（絡(luò)合）催化劑在石油煉制和化工生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。第5大類成員是多功能催化劑，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，通常為顯著提高催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性，一種工業(yè)催化劑需要加入幾種助催化劑，通過多個(gè)催化反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。如?；熘瞥傻碾p功能催化劑，使反應(yīng)得以實(shí)現(xiàn)，這便是傳說中的多功能催化劑。面對(duì)如此龐大的“催化劑家族”，稀土元素又是憑借怎樣的先天優(yōu)勢，如何“插足”進(jìn)來的呢？

2.2 催化劑？稀土必不可缺

其實(shí)，稀土元素的實(shí)際應(yīng)用就是從催化劑開始，1885年奧地利科學(xué)家韋爾·斯巴赫創(chuàng)新性制成了“催化劑”，在石棉上均勻地浸漬硝酸溶液，該溶液含有一定濃度的氧化釷和氧化鈰，將其用于汽燈罩的生產(chǎn)實(shí)際中，產(chǎn)生了意想不到的神奇作用。由此，稀土氧化物的特性及其催化作用備受關(guān)注。

稀土元素，是具有高氧化能和高電荷的大離子，極易與碳形成強(qiáng)鍵，并通過得失電子促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。此外，其獨(dú)特的外層電子結(jié)構(gòu)，擔(dān)當(dāng)絡(luò)合物的中心原子時(shí)，可具有6～12的各種配位數(shù)。其配位數(shù)的可變性，注定具有“剩余的原子價(jià)”的能力，以上的擔(dān)當(dāng)和能力正是催化劑所必須的。因此，稀土元素不僅自身具有催化活性，而且還可身兼添加劑或助催化劑之職責(zé)，故可提高催化性能，尤其抗老化和抗中毒的能力更為卓越。

稀土催化材料與傳統(tǒng)催化材料相比表面積大、穩(wěn)定性好、選擇性高、加工周期短。它憑借得天獨(dú)厚的優(yōu)勢和超強(qiáng)的催化活性，幾乎覆蓋所有氧化還原、酸堿等催化反應(yīng)，勿論是均相還是多相的。成功“插足”催化劑領(lǐng)域，在現(xiàn)代工業(yè)中成就了自己的稀土催化材料王國。

2.3 稀土催化材料 “大家族”

稀土催化材料主要有稀土氧化物、稀土復(fù)合氧化物、稀土—貴金屬、稀土改性多孔材料等構(gòu)成，在實(shí)際用途上作為催化劑使用。稀土催化劑除活性組分外，還輔以少量助催化劑和載體，常用載體為三氧化二鋁（圖2）、硅膠、活性炭等。用以增加稀土催化劑有效表面，匹配合適的孔結(jié)構(gòu)，提高抗拉強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。

稀土催化劑制取方法主要有沉淀、浸漬和熔融等。沉淀法，攪拌條件下，在稀土鹽類溶液中加入沉淀劑后，得沉淀物，將其清洗、過濾、干燥、焙燒等流程制得；浸漬法，將活性組分的溶液浸入載體，經(jīng)干燥、煅燒、活化等便可制得；

熔融法，將活性金屬、其他金屬熔融為金屬間化合物。依據(jù)生產(chǎn)原料性質(zhì)和反應(yīng)條件，可稀土催化劑制成粉狀、條狀、層狀等。

在催化材料的王國里，稀土元素與其他元素間有很強(qiáng)的互換性，既可挑催化劑主要成分的“大梁”，也能接得住催化劑的次要成分或助催化劑的“重任”。尤其是稀土氧化物的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，使稀土催化材料縱橫“催化劑的江湖”?！跋⊥链呋牧洗蠹易濉敝饕?大類成員：分子篩稀土催化材料、稀土鈣鈦礦催化材料、鈰鋯固溶體催化材料。

第1大類成員是分子篩稀土催化材料（圖3），主要成員分為中、微、介、納孔等幾大類，且主要效力于煉油催化劑領(lǐng)域[3]。

第2大類成員是稀土鈣鈦礦催化材料，鈣鈦礦型復(fù)合氧化物（ABO3）在熱學(xué)、化學(xué)和結(jié)構(gòu)等方面的穩(wěn)定性超強(qiáng)，故具有很高的催化活性。圖4為ABO3晶體結(jié)構(gòu)示意圖。現(xiàn)已開發(fā)和應(yīng)用的主要是鈣鈦礦型稀土催化劑，其組成是稀土復(fù)合氧化物，包括摻雜有微量貴金屬。因其工藝簡單、耐高溫、抗中毒等特性，在光催化分解水制氫、碳?xì)浠衔镏卣磻?yīng)等化工生產(chǎn)中，以及環(huán)保等領(lǐng)域備受青睞。

第3大類成員是鈰鋯固溶體催化材料，最早是汽車尾氣凈化的實(shí)際需求，通過鈰（圖5）的儲(chǔ)氧性能來控制其中的氧化還原反應(yīng)。隨著環(huán)保科技的推陳出新，添加金屬鋯（圖6）可明顯改善鈰的儲(chǔ)氧和抗高溫性能，延長催化劑的使用壽命?，F(xiàn)今，鈰鋯固溶體催化材料廣泛應(yīng)用于石油化工的催化和汽車尾氣凈化等領(lǐng)域。

3 稀土催化材料縱橫 “江湖”

稀土催化材料主要“縱橫”于石油裂化和重整、汽車尾氣凈化、合成橡膠以及諸多有機(jī)化工和無機(jī)化工領(lǐng)域。

3.1 稀土催化材料的石油化工應(yīng)用

汽油、柴油是現(xiàn)代工業(yè)的“血液”和交通運(yùn)輸業(yè)的重要“動(dòng)力源”，都由原油加工提煉而得。原油乃復(fù)雜的烴類混合物，常以蒸餾之法，可分離出不同沸點(diǎn)的餾分：汽油、煤油、柴油、減壓餾分油等。該法只能獲得約30%的汽油和柴油，余者仍需進(jìn)一步加工和精制，才能提得成品油。例如輕質(zhì)油就是重質(zhì)餾分油經(jīng)系列熱裂化，或者是催化和加氫等裂化處理后獲得。在生產(chǎn)實(shí)際中，熱裂化工藝所得產(chǎn)品質(zhì)量較低，加氫裂工藝則生產(chǎn)成本較高，只有稀土催化裂化“魚和熊掌兼得”，最符合生產(chǎn)實(shí)際需求而廣為用之。

20世紀(jì)30年代，催化裂化實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，早期的催化劑采用天然的白土催化劑（圖7），后改進(jìn)為無定形硅酸鋁催化劑。20世紀(jì)60年代，開發(fā)成功沸石（圖8）裂化催化劑，很快就投入到石油精煉生產(chǎn)中，使石油催化裂化進(jìn)入了沸石催化裂化的新時(shí)代，從而極大地推動(dòng)了煉油工業(yè)的快速發(fā)展[4]。20世紀(jì)70年代，我國最早采用稀土沸石催化劑，很快研發(fā)成功Y型沸石的合成與ReY型沸石的制備工藝，并建成第一套R(shí)eY型沸石生產(chǎn)裝置。由于稀土催化材料特異的催化性能，使催化裂化工藝發(fā)生了一場“革命”，進(jìn)入了稀土Y型沸石催化劑時(shí)代。稀土在裂化催化劑中“神功”多不甚數(shù)，稀土一則能增強(qiáng)沸石的熱穩(wěn)定性及催化劑的活性，二則有助于高溫蒸汽下催化劑再生，其他重要影響亦有很多。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，我國開發(fā)的催化劑的活性組分仍為ReY型沸石，但在基質(zhì)方面有了較大改進(jìn)。

近些年，我國不斷研發(fā)和跟進(jìn)新型重油裂化催化劑，在原油加工、煉化裝置、以及一次性加工等方面的成就世界領(lǐng)先，尤其是稀土裂化催化新材料功不可沒。它不僅大幅度提高原油裂化的轉(zhuǎn)化率，還可增加汽油和柴油的產(chǎn)率。它處理的原油量大、輕質(zhì)油收率高，更為關(guān)鍵的是催化劑損耗率低等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 稀土催化材料應(yīng)用于汽車尾氣凈化

汽車尾氣凈化是當(dāng)今世界最重要和有效環(huán)保措施，其凈化催化劑技術(shù)最為核心。初期，汽車尾氣凈化裝置的催化劑主要使用鉻 （Cr）、鎳 （Ni）、銅 （Cu） 等普通金屬生產(chǎn)，雖成本低，但催化活性差，易中毒，使用壽命較短。其后技術(shù)不斷更新，20世紀(jì)70年代前，以鉑 （Pt）、鈀 （Pd）、銠 （Rh） 三元貴金屬生產(chǎn)催化劑。雖催化活性高、壽命長、凈化力強(qiáng)，但昂貴的貴金屬使生產(chǎn)成本高居難下，使用范圍受限難以推廣。此外，汽車還須使用無鉛汽油，以防貴金屬催化劑鉛中毒，真是名副其實(shí)的“貴金屬催化劑”。于是，稀土催化材料作為低價(jià)格、優(yōu)性能、無貴金屬的催化劑，便應(yīng)運(yùn)而生。

20世紀(jì)70年代初，我國研發(fā)成功汽車尾氣稀土凈化催化劑，即三元催化劑，其組成為鈷（Co）、錳（Mn）及稀土復(fù)合氧化物，具有鈣鈦礦、尖晶石型結(jié)構(gòu)。一經(jīng)問世便以其較高的氧化還原活性，良好的熱穩(wěn)定性，迅速“稱霸江湖”。20世紀(jì)80年代，稀土催化劑技術(shù)經(jīng)創(chuàng)新后，添加了稀土金屬鈰或其氧化物，氧化鈰不僅具有超強(qiáng)氧化還原特性，還能將排放尾氣的組分進(jìn)行合理有效控制。大幅地降低成本和提高催化活性，強(qiáng)力推進(jìn)了稀土催化劑的發(fā)展。進(jìn)入90年代，隨著汽車需求的大增，稀土催化劑的稀土需求量激增，占據(jù)稀土銷售的最大市場。近年來，我國新研發(fā)稀土催化劑的轉(zhuǎn)化率領(lǐng)先于美國、日本、歐洲國家。新近又有尾氣凈化稀土催化劑新品種和新生產(chǎn)工藝不斷問世，如稀土基SCR催化劑 （圖9），是一種無毒綠色環(huán)保、成本低、低溫性能優(yōu)越的產(chǎn)品[5]，可謂前景無限！

3.3 稀土催化材料應(yīng)用于合成橡膠

橡膠從來源可分為合成橡膠和天然橡膠，20世紀(jì)興起的高分子材料工業(yè)帶給我們珍貴的禮物——合成橡膠?，F(xiàn)今，合成橡膠的產(chǎn)用已遠(yuǎn)超天然橡膠，并取得了長足進(jìn)步。它以石油提煉生產(chǎn)中的副產(chǎn)品乙烯、丙烯、丁烯和芳香烴等為原料，在稀土催化劑的作用下，迅速聚合成性能各異的橡膠產(chǎn)品，其性能完全可以與天然橡膠媲美。稀土合成橡膠的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)具有許多特殊的性能，如稀土順丁橡膠（圖10）不僅生膠強(qiáng)度大、粘性高，利于提高硫化膠的性能，易于輪胎加工，而且硫化后動(dòng)態(tài)疲勞壽命、動(dòng)態(tài)磨耗及生熱等性能，都超越了傳統(tǒng)的順丁橡膠；再如稀土異戊橡膠有較高的門尼粘度和較低的彈性恢復(fù)值?？梢姡呋瘎┰诤铣上鹉z工業(yè)中可謂是具有“點(diǎn)石成金”的作用。

20世紀(jì)60年代初，稀土元素“殺入”合成橡膠催化劑領(lǐng)域，我國初步研發(fā)出具有特色的稀土催化劑體系。該催化劑的組成有以下幾類：稀土鹽和金屬烷基化合物2種重要組分構(gòu)成；無水鹵化物同醇、醚類、胺類及磷酸酯類形成的配合物與烷基鋁組成；稀土的羧酸鹽或酸性磷酸酯形成的鹽和烷基鋁及含鹵素試劑構(gòu)成。隨著合成橡膠的稀土催化劑研究不斷深入，除已大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)順丁橡膠、異戊橡膠外，稀土催化的合成橡膠品種推陳出新，并推向工業(yè)化生產(chǎn)。

近年來，稀土催化劑的研究推陳出新，具有特色的稀土催化雙烯的本體聚合的機(jī)理研究正在深入，該產(chǎn)品的實(shí)力優(yōu)勢昭示出稀土催化劑旺盛的生命力和無限潛力。我國雖稀土資源豐富，但橡膠資源很是貧乏。隨著石油化學(xué)和稀土科技的崛起，稀土催化合成橡膠工業(yè)前景可期，將會(huì)提供大量的優(yōu)質(zhì)合成橡膠。

3.4 稀土催化材料在化工上的應(yīng)用

稀土催化劑靠著選擇性高、穩(wěn)定性好、加工周期短3大優(yōu)勢，縱橫于石油化工和化肥工業(yè)中。

一是在無機(jī)合成生產(chǎn)中，氨合成、水煤氣轉(zhuǎn)化的催化劑，以稀土代替部分鉻，從而降低對(duì)人及環(huán)境的污染和毒害。在此變換過程中，稀土（主要是氧化鈰）是鐵鉻（Fe—Cr）催化劑的助催化劑，起到調(diào)變助劑和結(jié)構(gòu)助劑的作用，減少甚至避免含鉻組分的使用。稀土氧化物還可起到電子助劑的作用，有助于一氧化碳（CO）的解離，減少炭的沉積。稀土助催化劑可提高催化劑的活性，改善耐熱性。此外，在鐵鎳（Fe—Ni）系催化劑中添加適量的氧化鈰（CeO2），共沉淀制得性能良好的水煤氣變換稀土催化劑。在硫酸生產(chǎn)中，可用硫酸鈰及鈰組混合稀土硫酸鹽作氧化硫的催化劑。在氨氧化制硝酸化學(xué)反應(yīng)中，以含稀土的ABO3型催化劑代替貴金屬鉑催化劑，降低了成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。在硫酸生產(chǎn)中可用硫酸鈰及鈰組混合稀土硫酸鹽作氧化硫的催化劑。

二是在有機(jī)合成生產(chǎn)中，烴類的重整、氧化和氨氧化、甲烷氧化偶聯(lián)和選擇性氧化、醇類氧化，以及甲苯的完全氧化等都可用稀土氧化物或復(fù)合氧化物做催化劑，CO的加氫反應(yīng)、乙烯加氫反應(yīng)也可用稀土催化劑。在烷烴、醇類脫氫、烯烴芳香化、醇類脫水以及酯化反應(yīng)等，也在使用稀土氧化物催化劑。

綜上，稀土元素可作為直接活性點(diǎn)在無機(jī)和有機(jī)合成化工生產(chǎn)領(lǐng)域起到核心催化作用。如稀土在氧化物催化劑中的作用，則是通過稀土氧化物和其他過渡金屬氧化物，在特定條件下生成新產(chǎn)物，即為適用于高溫氧化的催化劑。在反應(yīng)中，稀土氧化物的作用就是實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氧和輸氧，以使催化劑的反應(yīng)活性提高。稀土氧化物也可作為載體或助催化劑參與起間接作用，如稀土在各類金屬催化劑中作為助催化劑，提高活性組分在表面上的分散度，來實(shí)現(xiàn)催化劑活性的提高和選擇性的改善。此外，稀土氧化物還可加入到氧化物催化劑中，調(diào)變其表面的酸堿性，使催化劑抗結(jié)炭的性能得以增強(qiáng)，防止活性組分的燒結(jié)，使催化劑的穩(wěn)定性得以提高。

3.5 稀土催化材料的催化燃燒應(yīng)用

稀土催化材料在催化燃燒領(lǐng)域的應(yīng)用，即稀土催化燃燒技術(shù)，這是建立在高性能稀土催化材料基礎(chǔ)上的新技術(shù)。其實(shí)質(zhì)是使燃料在催化劑表面能充分完成氧化反應(yīng)。該技術(shù)通過改變?nèi)紵姆绞剑谷紵侍岣卟⒔档腿紵郎囟?，從而達(dá)到減少污染環(huán)境氣體的產(chǎn)生量，兼有降噪功效?？梢灶A(yù)見，高效節(jié)能、環(huán)境友好的稀土催化燃燒技術(shù)，必將縱橫于天然氣發(fā)電、工業(yè)熱源和民用等“江湖”。

燃料電池主要包括：低溫、中溫、高溫3大類，稀土催化材料應(yīng)用于高溫燃料電池，其改善燃料電池的性能，是緣于稀土氧化物良好的離子電性和電子導(dǎo)電性。如何選擇、設(shè)計(jì)、合成新型的稀土催化材料，使其稀土電極材料具有高電催化活性和高電導(dǎo)率的性能。顯見，提高電極材料的離子導(dǎo)電率，降低氧還原的活化能，是固體氧化物燃料電池（ 圖11）亟需解決的問題。

此外，稀土催化材料在光催化、焦化污水凈化、煙氣脫硫、鋼滲碳過程的催化以及硼元素的催滲中都有大量應(yīng)用，皆取得了非凡的成效。

4 稀土催化材料“前途無量”

目前，稀土催化材料的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究主要集中于稀土納米、稀土—金屬復(fù)合等新材料的研發(fā)，以提高催化劑的耐久性、高溫?zé)岱€(wěn)定性以及抗中毒能力，全方位改進(jìn)催化劑的性能。開發(fā)新的生產(chǎn)工藝和裝備，以降低催化劑的成本。研發(fā)應(yīng)用于工業(yè)污染和室內(nèi)及大氣凈化，所需的新材料和集成新技術(shù)，推動(dòng)稀土催化劑持續(xù)發(fā)展的腳步。

稀土催化材料前途無量，我們應(yīng)當(dāng)針對(duì)環(huán)保和新能源利用以及高效利用稀土資源的新時(shí)代要求，大力研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能稀土催化材料。抓住我國汽車工業(yè)大發(fā)展期，在汽車尾氣凈化，以及工業(yè)有機(jī)廢氣污染治理和人居環(huán)境凈化等環(huán)保領(lǐng)域，推進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新，將稀土催化材料產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。繼續(xù)拓展稀土催化燃燒、固體氧化物燃料電池等新興研究領(lǐng)域，在不斷提高燃燒效率，降低能源消耗，兼顧保護(hù)環(huán)境的前提下，實(shí)現(xiàn)稀土、環(huán)境和新能源等相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)群的跨越式發(fā)展。

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