纳米金催化剂及其应用(2)

换反应，两种方法制得的金颗粒大小（2～3 nm）区别不大，共沉淀法制得的催化剂表现为单相结构，机械化学法表现为两相，机械化学法制得的催化剂比共沉淀法制得的催化剂活性较高， Yd 和Sm掺杂的二氧化铈负载的金催化剂比其它的催化剂表现出更高的活性。 三、

对保护环境有重要意义的反应

随着人们认识的不断提高，保护地球的空气和水的质量变得十分必要。在全世界范围内，为减少交通工具排放的气体污染物，限制工业过程中挥发性有机污染物的释放，以及控制污水中的杂质，人们设立了各种法规，同时也激发了人们设计各种催化剂的热情，以满足环保的要求。纳米金催化剂具有许多优良的性质，引起人们越来越多的重视。 （1） 机动车尾气的催化净化

对金催化剂的研究，主要集中在使用不同还原剂选择还原一氧化氮，这些还原剂主要有 ①用丙烯选择还原氮氧化合物：在典型的实验室条件下，一氧化二氮在和丙烯反应之前，先被氧化成二氧化氮。在这个条件下，负载的金催化剂对它的还原过程有效，其中，Au/ZnO、Au/ Fe?O?和Au/ZrO2是低温条件下（约623K）活性最高的催化剂。金负载量和金颗粒的尺寸都是催化活性的重要控制因素。 ②用一氧化碳还原氮氧化物：最早报道用一氧化碳还原那氧化物的研究，是在低温（252~369K）的金粉上进行的，反应速率在314K是达到最大，而且一氧化氮会阻碍反应的发生，这项工作指出，在环境温度下，金催化剂对一氧化氮的氧化具有活性。后来研究表明，金催化剂比铑、铂、钯更具有低温催化性，且在水气存在的条件下，仍能保持很高的活性。③用氢气还原氮氧化合物：Au/ Al?O?和

Au/ Fe?O?对氢气还原一氧化氮具有活性，其中，前一种催化剂甚至在室温下也

具有活性。

（2） 其他大气污染物的催化降解

主要包括甲烷的氧化消除、挥发性有机物（VOAs）的消除、二噁英的氧化分解、氯氟烃的加氢脱氯、2,4—二氯苯酚的加氢脱氯，含氯烃类的消除以及臭氧的分解等。

（3） 二氧化硫的催化消除

工厂、电厂、家庭和汽车行驶中所燃烧的化石燃料，固体废物的焚烧以及火

山活动，都会产生大量的有毒的二氧化硫。二氧化硫是酸雨形成的重要物质，也是大气层中臭氧层破坏的原因之一。氧化钛是化学工业和炼油厂中最常用的催化剂，重要用于通过Claus反应和利用一氧化碳还原消除二氧化硫。与大块的金相比，Au/ TiO?催化剂脱硫效果很高，纳米金颗粒和氧化钛之间的相互作用很复杂，二者之间协同作用，促进

活化，。

（4） 湿式（空气）催化氧化（CWAO）

废水中含有各种有机化合物，可以使氧气或者空气，在453-588K/压力为2—15MPa的条件下将这些有机物氧化消除到环境上可以接受的程度。复杂的有机物通常会先转化为简单的有机物，后者的进一步氧化就会生成二氧化碳和水。有机酸，特别是乙酸，是最后的残余物。此过程中，含氮的有机化合物很容易转化成氨。使用催化剂可以是氧化还原反应在更温和的条件下进行，这种技术通常称为湿式催化氧化工艺（CWAO）。到目前为止，CWAO工艺中的催化剂主要是一氧化钛或氧化钛—氧化锆为载体的铂和钯催化剂。有人在463K、空气压力为50MPa时，初步研究了Au/ TiO?琥珀酸水溶液氧化反应的催化作用。结果表明，该反应属于结构敏感反应：纳米金颗粒表现很好的催化性能，在7h内能够使琥珀酸完全氧化。然而，这个催化剂在使用过程中会发生金颗粒的长大，再次使用时活性明显下降。

总结：

作为一种新型催化材料，纳米金催化剂还处在襁褓期，离真正的应用和工业化生产还有一段距离。目前，关于纳米金催化剂的研究，已经具有了相当的深度和广度。但是，关于纳米金催化剂商品化仍然存在巨大的挑战。这主要涉及三个问题：规模化生产的可能性；制备过程的可重现性；存放和反应过程的稳定性。关于负载型纳米金催化剂的研究还处于初级阶段，很自然，关于其规模化生产的参数还不能令人满意。尽管如此，可以肯定的是，在不久的将来，纳米金催化剂的工业应用必将有突破性的进展，新型的纳米金催化剂及其在新的催化反应中的应用将不断涌现，创造新的经济价值，并推动催化理论沿着一个新的高度和深度发展。

参考文献：

《黄金的催化作用》——科学出版社

《纳米金催化剂及其应用》——国防工业出版社

《化工进展》—— 2010年第29卷第12 期《高分散金纳米催化剂的研究进展》