化学反应工程（8）-气－固相表面催化反应(Catalytic reactions at surfaces)

Question

如题所述

Answer 1

欢迎深入探索化学反应工程的精彩篇章，我们聚焦在气-固相表面催化反应，这是催化剂魔力的核心舞台。在这个奇妙的世界里，反应物分子如同舞者般优雅地在固体表面起舞，形成活性化合物，它们犹如魔法般降低反应的门槛，让化学反应加速进行。催化剂的活性位点是这一切的关键，它们如同舞台上的聚光灯，照亮了反应的路径。

单分子反应，如同一场简洁的独角戏，通常在单位点模型的舞台上上演。然而，双分子反应的剧情更为丰富，分为Langmuir-Hinshelwood（L-H）和Eley-Rideal（R-ideal）两条路径。在L-H历程中，表面反应的速率决定了一切，遵循吸附等温定律和准平衡规则。这里，产物吸附如同优雅的伴舞，不会干扰反应的流畅，简化后的级数关系揭示了其微妙的平衡。

Eley-Rideal过程则更为复杂，它如同两幕并行的表演，首先两个分子吸附，紧接着进行反应。反应速率的表达式会因吸附能力的差异而有所调整，如同音乐的节奏，随着催化剂的微妙变化而变化。接下来，我们聚焦于Mars-Van Krevelen机制，这个氧化反应的瑰宝，催化剂的表面既是催化剂，也是反应的参与者。在氧化和还原的交替步骤中，催化剂位点的状态直接影响着反应速率的旋律。

当反应达到稳态，这些位点被划分成氧化和还原的部分，它们的动态平衡如交响乐的和声，微妙地影响着反应的速度。以脱硫过程为例，这个过程如同一个生动的故事，展示了催化剂如何在表面催化反应中施展神奇的魔法，净化环境。

让我们一同欣赏这幅图景，图12揭示了脱硫过程的机制，如同一部精巧的工程剧，展示了催化剂如何在气-固相表面催化反应中，以艺术与科学的完美融合，创造出无数化学反应的奇迹。