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催化剂支持的秘密：为什么高表面积对反应至关重要？
在化学中，催化剂支持是一种通常为固体且高表面积的材料，催化剂则附着于此。异质催化剂的活性主要由材料可接触表面存在的原子所促进。因此，最大化催化剂的特定表面积是化学工程领域中的重要关键。
催化剂的效能很大程度上取决于其该固体支持表面的可接触性和可用性。
催化剂应用于支持
有两种主要方法用于制备支持催化剂。第一种是浸渍法，这种方法中，固体支持的悬浮液会与前驱物溶液处理，然后在能转换前驱物的状态下进行活化，通常是将金属盐转变为更活跃的状态。这些催化剂支持通常呈颗粒状。
另一种方法是从均相溶液中进行共沉淀。例如，采用铝盐和前驱物的酸性溶液，通过添加堿来沉淀混合氢氧化物，随后经过焙烧以产生所需的催化剂。
支持通常具有良好的热稳定性，能够承受活化前驱物所需的处理过程。
扩散效应
支持一般被认为是惰性的，催化反应只在催化剂“岛屿”上进行，而支持则提供高表面积。然而，各种实验表明这一模型往往过于简化。例如，已知氢和氧等吸附物可以与支持相互作用，甚至从一个岛屿扩散到另一个岛屿，而不重新进入气相。这一过程称为扩散。
扩散使得催化反应能更高效地进行，促进了催化剂的整体活性。
催化剂浸脱
在异质催化中，一个常见的问题是浸脱，即催化剂活性物质在液相中损失的情形。这种情况不仅对环境造成损害，也影响经济效益，因此必须考虑催化剂长期使用时的稳定性。如果催化剂与支持之间的结合相互作用过于微弱，将会导致更严重的浸脱现象。这样的催化剂在使用一段时间后活性会明显下降。
强金属-支持相互作用
强金属-支持相互作用是一个强调异质催化剂仅仅依赖于惰性物质支持的过度简化例子。原始证据来自于这样的发现：不管铂是否支持在其他材料上，镀铂均能以PtH2的比率与氢分子结合。然而当它被支持在二氧化钛上时，这种结合的比例会出现变化，这差异归因于二氧化钛对铂的电子影响，称为强金属-支持相互作用。
这样的发现打破了催化剂支持简单模式的局限，显示出支持对催化性能的影响。
异质化分子催化
包含过渡金属复合物的分子催化剂已成功地被固定于催化剂支持上。这样的材料原则上结合了均相催化剂的优势——明确的金属复合物结构——以及异质催化剂的优势——可回收性和处理便利性。然而，这项技术的商业可行性尚未达到预期，主要因为异质化的过渡金属复合物容易从支持上浸脱或失去活性。
电催化的支持材料
在电催化中，支持的用途是为催化剂纳米颗粒或粉末提供机械稳定性。这些支持可以固定颗粒，减少其流动性，并促进化学稳定性，因而可以被视为固体封闭剂。其中，石墨烯作为最具前景的支持之一，以其良好的孔隙性、电子特性、热稳定性和活性表面积闻名。
实际应用示例
几乎所有主要的异质催化剂均以支持的形式存在。支持材料的选择和设计不仅影响催化剂的整体性能，还决定了催化剂的经济性与环境负担。
在催化反应中，自然界的微妙平衡是否最终将揭示出催化剂支持的数据背后的深层意义？
