目录
- 1定义
- 2发展史
- 3原理
- ▪降低活化能
- ▪作用方式
- ▪性能指标
- 4催化种类
- ▪均相催化
- ▪多相催化
- ▪复相催化
- ▪生物催化
- ▪金属催化
- ▪金属氧化物催化
- ▪配位（络合）催化
- ▪酸碱催化
- 5应用
- ▪工业的应用
- ▪生态上的应用
>定义
催化即通过催化剂改变反应所需的活化
自由能，改变反应物的
化学反应速率，反应前后催化剂的量和质均不发生改变的反应。
化学反应物要想发生化学反应，必须使其
化学键发生改变，改变或者断裂化学键需要一定的能量支持，能使化学键发生改变所需要的最低能量阈值称之为活化
自由能，而催化剂通过改变化学反应物的活化自由能进而影响
反应速率。
正催化剂可加速反应；负催化剂或抑制剂则会与反应物反应进而降低化学反应。可提高催化剂活性的物质称为促进剂；降低催化剂活性者则称为催化毒。
>发展史
早在公元前，中国已会用
酒曲（生物酶催化剂）造酒。
18世纪中叶，铅室法制硫酸中用二氧化氮作催化剂是工业上采用催化剂的开始。催化这个词是1835年J.J.贝采利乌斯引用到化学学科中来的。1902年W.奥斯特瓦尔德将催化定义为：“加速化学反应而不影响化学平衡的作用。”1910年实现
合成氨的大规模生产，是催化工艺发展史上的里程碑。20世纪以来，催化工艺迅速发展，例如，20年代研究成功用钴催化剂由一氧化碳和氢合成液体燃料的
费-托法；1955年研究成功
齐格勒-纳塔催化剂，用于烯烃定向聚合；现代化学工业和炼油工业的生产过程，已有90%以上使用了催化方法。
>原理
>降低活化能
在
催化反应过程中，至少必须有一种反应物分子与催化剂发生了某种形式的化学作用。由于催化剂的介入，化学反应改变了进行途径，而新的反应途径需要的
活化能较低，这就是催化得以提高化学反应速率的原因。
例如，化学反应A+B→AB,所需活化能为
E，在催化剂C参与下，反应按以下两步进行：
A+C→AC，所需活化能为E1。
AC+B→AB+C，所需活化能为E2。
E1、E2都小于E （见图）。催化剂C只是暂时介入了化学反应，反应结束后,催化剂C即行再生。
按
阿伦尼乌斯方程
k=
Ae
-E/RT(式中k为温度T时的反应速度常数；
A为指前因子，也称为阿伦尼乌斯常数，单位与k相同；
R为气体常数，kJ/mol·K；
T为热力学温度，K；E为活化能，kJ/
mol)，以反应速率常数
k表示的反应速率主要决定于反应活化能
E，若催化使反应活化能降低Δ
E，则反应速率即提高e
-ΔE/RT倍。
催化反应一般能降低活化能约41.82 kJ/mol，若反应在300K下进行，则反应速率可增加约1.7×10倍。
>作用方式
催化剂与反应物分子怎样发生化学作用，这与催化剂和反应物分子本身的性质有关。实验证明：
有机化合物的酸
催化反应一般是通过正碳离子机理进行的；碱催化反应则是由OH、RO、RCOO等阴离子起催化作用，例如：
CH3COOC2H5+OH→CH3COOH+C2H5O
C2H5O+H2O→C2H5OH+OH
C4H6+NaR→R·+C4H6Na·
C4H6Na·+nC4H6→Na(C4H6)n+1
>性能指标
①催化活性：催化剂参与了化学反应，降低了化学反应的活化能，大大加快了化学反应的速率。这说明催化剂具有
催化活性。
催化反应的速率是催化剂活性大小的衡量尺度。活性是评价催化剂好坏的最主要的指标。
②选择性：一种催化剂只对某一类反应具有明显的加速作用，对其他反应则加速作用甚小，甚至没有加速作用。这一性能就是
催化剂选择性。催化剂的选择性决定了催化作用的定向性。可通过选择不同的催化剂来控制或改变化学反应的方向。
③寿命或稳定性：催化剂的稳定性以寿命表示。它包括热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性。
>催化种类
>均相催化
催化剂与反应物同处于一均匀物相中的催化作用。有液相和
气相均相催化。液态
酸碱催化剂，可溶性过渡金属化合物催化剂和碘、一氧化氮等气态分子催化剂的催化属于这一类。
均相催化剂的
活性中心比较均一，选择性较高，副反应较少，易于用光谱、
波谱、
同位素示踪等方法来研究催化剂的作用，
反应动力学一般不复杂。但均相催化剂有难以分离、回收和再生的缺点。
>多相催化
多相催化发生在两相的界面上，通常催化剂为多孔固体，反应物为液体或气体。
多相催化反应通常可按下述七步进行：①反应物的外扩散──反应物向催化剂外
表面扩散；②反应物的内扩散──在催化剂外表面的反应物向催化剂孔内扩散；③反应物的
化学吸附；④表面化学反应；⑤产物
脱附；⑥产物内扩散；⑦产物外扩散。这一系列步骤中反应最慢的一步称为
速率控制步骤。化学吸附是最重要的步骤，化学吸附使反应物分子得到活化，降低了化学反应的活化能。因此，若要
催化反应进行，必须至少有一种反应物分子在催化剂表面上发生化学吸附。固体催化剂表面是不均匀的，表面上只有一部分点对反应物分子起
活化作用，这些点被称为
活性中心。
>复相催化
复相催化是一独立的化学反应。它兼有均相催化的温度和多相催化的速度。同时具有可控的方向性。在反应时，全方位的进行催化，致使反应速度加快数千倍。由于催化能力倍增，使其可从碳水化合物中移动氢氧，而这正是把工业和生物废弃物“一步法”转化为标准汽柴油的科学基础。
>生物催化
酶是一种生物催化剂，生物体内的所有化学变化几乎都是在
酶催化下进行的，酶的催化作用称为生物催化。酶的
催化活性高，选择性强。生物催化在常温中性条件下进行，高温、强酸和强碱都会使酶丧失活性。离体的酶仍具有催化活性，可制成各种酶制剂应用在医学和工农业生产上。
>金属催化
金属催化剂主要用于脱氢和加氢反应。有些金属还具有氧化和重整的
催化活性。金属催化剂主要是指4、5、6周期的某些
过渡金属,如铁、金、铂、钯、铑、铱等。金属催化主要决定于金属原子的电子结构，特别是没有参与
金属键的d轨道电子和d空轨道与被吸附分子形成吸附键的能力。因此，金属催化剂的
化学吸附能力和d轨道百分数是决定催化活性的主要因素。
>金属氧化物催化
主要是指过渡金属氧化物催化，非过渡金属氧化物催化已归入酸碱催化。过渡金属氧化物催化剂广泛用于氧化、
加氢、
脱氢、聚合、加合等反应。实用的金属氧化物催化剂常为多组分氧化物的混合物，很多金属氧化物催化剂是半导体，其化学组成大多是非
化学计量的，因此，催化剂组分很复杂。金属氧化物催化剂的
导电性和
逸出功、金属离子的 d
电子组态、氧化物中晶格氧特性、半导体电子能带、催化剂
表面吸附能力等，都与催化剂的
催化活性有关。
>配位（络合）催化
金属、特别是过渡金属及其化合物有很强的络合能力，能形成多种类型的络合物。某些分子与金属（或金属离子）络合后便易于进行某特定反应，该反应称为配位（络合）
催化反应，该金属或其化合物起
络合催化剂作用。过渡金属络合催化剂在溶液中作为
均相催化剂方面的研究和应用较多。过渡金属络合催化作用一般都是配位（络合）催化作用，即催化剂在其空配位上络合活化反应物分子。络合催化剂一般都是金属络合物或化合物，如钯、铑、钛、钴的络合物等。
>酸碱催化
阿伦尼乌斯酸碱、布仑斯惕酸碱、路易斯酸碱(见
酸碱理论)的催化作用都属酸碱催化作用。酸碱催化可分均相催化和
多相催化。许多离子型
有机反应，如水解、水合、脱水、
缩合、酯化、重排等，常可用酸碱均相催化。以
固体酸催化剂为代表的多相催化广泛用于催化裂化、
异构化、
烷基化、脱水、氢转移、
歧化、聚合等反应。
>应用
>工业的应用
现代化学工业的巨大成就与催化剂的使用是分不开的。约90%以上的化学工业产品是借助于催化过程来生产的。
例如，从煤炭和
石油资源出发合成了甲醇、乙醇、
丙酮、
丁醇等基本有机原料，改变了过去用粮食生产的途径；合成纤维的生产减轻了人类对棉花的依赖；塑料的发展减轻了人类对木材的依赖。合成橡胶、化肥、医药、合成食品、调味品的生产都与催化剂的使用分不开。
例如，硫酸的生产，相比于二氧化氮作催化剂的铅室法，产品浓度低、杂质多、产量小；用铂作催化剂可使硫酸产品浓度达98%以上，可制得发烟硫酸；用钒作催化剂后，产品质量大大提高，成本大幅度下降。又如炼油工业中的
催化裂化，用分子筛催化剂代替无定形硅铝胶催化剂后，由于分子筛的择形作用，改变了裂化产物的分布，得到了高质量产品。
>生态上的应用
处理各类废弃物。
二氧化碳 + 废塑料轮胎→汽柴油+可燃气+炭黑，既解决了空中环境堵塞，又将地面废弃物转化为能源；煤+地面农、林、牧、城市生活废弃物、城市工业废弃物→汽柴油+可燃气+炭黑，既解决了地面的污染问题，地面生态通道的堵塞，和煤排出的CO2问题，又将煤、地面废弃物转化为急需的汽、柴油基础油，它产生的可燃气体和天然气的低碳排放是一个水平：排出的可燃气体，碳排放量为16%，天然气的碳排放量12%。
优化化石能源的产业结构。
用先进的催化技术和仿生能源的工艺方法，将炼油工业转化为资源节约型的工业结构。石油→汽柴油+可燃气+炭黑，以高科技手段，打破垄断，形成资源节约型产业，把地下化石能源成本降下来。 相比于传统炼油，设备成本为（1/5） 生产成本为（1/2），且更多的产出来源于石油中的生物质。
催化改变化学反应速率而不影响化学平衡的作用。催化剂改变化学反应速率的作用称催化作用，它本质上是一种化学作用。在催化剂参与下进行的化学反应称催化反应。催化是自然界中普遍存在的重要现象，催化作用几乎遍及化学反应的整个领域。
