无机催化材料的结构设计

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　　摘 要：随着时代的进步和科学技术的不断创新，我国在科研的各个领域都取得了很大的成就。在化学科学研究领域，近几年来我国在无机催化材料方面取得了很大的突破。在传统的关于无机催化材料的研究时，我们将研究的方向放在相应的固体催化的上，但是随着不断的发展，人们将研究的方向聚焦于光驱动催化。因此本文主要的围绕制取氢气的催化过程进行讲授，会简单介绍几种简单的无机固体催化材料，另外还会对于光驱动材料催化进行介绍。
　　关键词：无机催化材料;固体催化材料;光驱动催化材料
　　就目前的发展情况而言，我国对于无机催化材料的研究已经不在是局限于固体材料的结构和催化性能进行重点的研究，人们对于其的研究主要放在光驱动催化合成技术方面。两者相比较而言，具有很大的差別，无机固体催化材料主要是通过其固体表面的结构来对分子进行有效的吸附和活化，以此来达到有效的催化作用，而利用光驱动的催化材料主要是依靠材料表面的吸收光单元来和催化位点进行能量传递及转换取决于两者之间的界面结构。因此，无机固体的表界面结构调控对于催化材料的设计是具有重要的研究价值的。
　　1 无机材料催化概述
　　催化作用主要指的是能够有效的利用催化材料的相关性质来对进行化学反应所需要的活化能进行明显的降低，能够在很大的程度上有效的提高化学反应本身的反应速率，而在这个整个的化学反应过程中其的质量和性质是不会产生任何的变化。而具有催化作用的材料属于催化材料。无机催化材料本质上是想其和有机催化材料进行区分的。
　　2 无机固体催化材料的表面结构设计
　　2.1 用金属状态的二硫化钼作为廉价制氢的催化剂
　　在无机化学研究领域，用水来制备氢气一直是我们进行催化研究的一个重点项目，在2015年的时候，美国的一个研究小组研制出了一种 金属状态的二硫化钼结构能充当水制氢反应中的催化剂，其的出现能够有希望代替在希望制氢气过程中经常用到的昂贵的铂，大大提高氢气的制备成本。在整个的制备氢气的催化过程中，金属状态的二硫化钥的微观纳米结构和混合晶体石墨的结构类似的然后在利用金属锂对其进行简单的处理，这样一来二硫化钥就会表现出和本身不同的结构特点，而在这个过程中其的催化程度将大大的升高，研究表明，金属状态的二硫化钼具有非常卓越的催化性能。利用金属锂对其进行处理，能够使二氧化钥能够从半导体的状态转变为类似于金属的状态，有效增强了自身的催化性能。
　　2.2 发现原子尺度的二硫化钥薄膜可作廉价制氢催化剂
　　在2016年的时候，一个偶然的机会使得一个英国的化学研究所发展了一种具有单原子厚度的二氧化钥的薄膜结构，而这一类物质的发展能够有效对制备氢气起到很大的催化作用。其与传统使用的金属铂催化材料相比，其的成本更低，没能有效的降低生产的成本，在很大程度上有效的提高制备氢气的效率。具有单原子层薄膜的二氧化钥结构能够利用自己本身的结构特点对氢质子进行有效的固定和转移，能够大大的提高制备氢气的催化效果。具有单原子厚度的二氧化钥薄膜材料具有较高的催化效果，当我们对其加设一层的单原子厚度层后会发现其的催化作用大大的减弱，所以说这种催化材料的催化性能的表现主要是得益于单原子厚度。不仅仅是在制备氢气的过程中表现出良好的催化性能，在制备氯气的过程中其同时也可以充当良好的催化材料。
　　2.3 用石墨与硫化钥结合起来用作制氢的催化剂
　　在2014年的2月份，美国的一个化学研究机构在《自然》杂志上刊登了一篇论文，其能够研制出一种新的催化剂来替代电解水中制备氢气的昂贵金属铂，不仅如此，其在提炼原油方面同时也具有很大的研究价值。虽然说目前氢气资源是很丰富的，但是在工业上对其的消耗是十分大的，因此我们需要制备大量的氢气，但是我们利用实验室的电解水方法来制备氢气是远远不够的，所以我们需要研究出新的催化材料，提高制备氢气的效率。而在《自然》杂志上发表的文章中，二氧化钥与石墨进行有效的结合，这样一来就使得两者形成空间利用率较低的团簇分子，有利于提高对于氢质子的固定和转移效率，能够有效的提升效率。
　　3 无机光催化材料结构设计
　　光催化材料与无机固体催化材料相比是较为新的，而且对其的发展也才刚刚起步，具有很大的发展空间。最早的光催化制备氢气的技术是由日本的两位科学家提出来的，其发展能够利用二氧化钛单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。
　　在无机光催化的材料中，尝尝会利用半导体的光催化效果来利用太阳能电解制备氢气，这一技术的出现能够有效的提高水制备氢气的效率，不仅如此，其还具有保护环境、节约资源、便于氢氧分离等优点，一旦发展成熟并投入使用将带来显著的经济效益。
　　参考文献：
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　　[3]王伦伟，韩明汉，吴玉龙，魏飞，金涌.氯化氢催化氧化制氯气工艺[J].过程工程学报，2003，3（4）：340-345.
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