催化劑的組成
工業(yè)催化劑通常不是單一的物質(zhì)，而是由多種物質(zhì)組成。絕大多數(shù)工業(yè)催化劑有三類可以區(qū)分的組分，即活性組分、載體、助催化劑。
活性組分是催化劑的主要成分，有時(shí)由一種物質(zhì)組成，如乙烯氧化制環(huán)氧乙烷使用的銀催化劑，活性組分變是單一物質(zhì)---銀;  有時(shí)則由多種物質(zhì)組成，如丙烯氨氧化制丙烯腈使用的鉬-鉍催化劑，活性組分由氧化鉬和氧化鉍兩種物質(zhì)組合而成。在尋找和種反應(yīng)所需的催化劑時(shí)，活性組分的選擇是首要步驟。目前，就催化科學(xué)的發(fā)展水平來說，雖然有一些理論知識(shí)可用選擇性組分的參考，但確切地說仍然是經(jīng)驗(yàn)的。歷史上為了方便曾將活性組分按導(dǎo)電性的不同加以分類，主要是為方便，并沒有肯定導(dǎo)電性與催化之間在著任何的關(guān)聯(lián)。然而，二者都與材料原子的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)。在金屬、半導(dǎo)體和絕緣體三類活性組分中，分析每一類的催化活性模型，都有一種以上的理論和實(shí)驗(yàn)背景材料。

載體
載體是催化活性組分的分散劑、黏合物或支撐體，是負(fù)載活性組分的骨架。將活性組分、助催化劑組分負(fù)載于載體上所制得的催化劑，稱為負(fù)載型催化劑。
載體的種類很多，可以是天然的，也可以是人工合成的。為了使用上的方便，可將載體劃分為低比表面積和高比表面積兩大類。低比表面積載體，有的是由單個(gè)小顆粒組成的，也有的是平均孔徑大于2000nm的粗孔物質(zhì)，還有一些比表面積特別低的，如剛玉，碳化硅等是無孔的，這類載體對(duì)負(fù)載的活性組分的活性影響不大，熱穩(wěn)定性高，常用于高溫反應(yīng)和強(qiáng)放熱反應(yīng)。高比表面積載體，其比表面積在100m2/g以上而孔徑小于1000者，為許多工業(yè)催化過程所需要。因?yàn)槎嘞啻呋磻?yīng)是在界面上進(jìn)行的，且經(jīng)常是催化劑的活性隨比表面積的增大而增加，為了獲得較高的活性，往往將活性組分負(fù)載于大比表央積的載體上。
載體不僅關(guān)系到催化劑的活性，選擇性，還關(guān)系到它們的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，關(guān)系到催化過程的傳遞特性，故在篩選和制造優(yōu)良的工業(yè)催化劑時(shí)，需要弄清載體的物理性質(zhì)及其功能。

助催化劑
  助催化劑是加入到催化劑中的少量物質(zhì)，是催化劑的輔助成分，其本身沒有活性或者活性很小，但把它加入到催化劑中后，可以改變催化劑的化學(xué)組成、化學(xué)結(jié)構(gòu)、離子價(jià)態(tài)、酸堿性、晶格結(jié)構(gòu)、表面構(gòu)造、孔結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)、機(jī)械強(qiáng)度等，從而提高催化劑的活性、選擇性、穩(wěn)定性和壽命。助催化劑的功效往往很大，同一種活性組分加入不同的添加物，其效應(yīng)不同，而且助催化劑的含量效應(yīng)常比載體的含量效應(yīng)敏感很多。
   助催化劑可以元素狀態(tài)加入，也可以化合狀態(tài)加入。有時(shí)加入量咱，有時(shí)則加入多種，幾種助催化劑之間可以發(fā)生交互作用，所以助催化劑的作用問題是比較復(fù)雜的。助催化劑的選擇和研究是催化領(lǐng)域中十分重要的問題。助催化劑按作用機(jī)理不同一般區(qū)分為結(jié)構(gòu)型和電子型兩類。結(jié)構(gòu)型助催化劑的作用主要是提高活性組分的分散和性和熱穩(wěn)定性。通過加入這種助催化劑，使活性組分的細(xì)小姐晶粒間隔開來，不易燒結(jié)；也可以與活性組分生成高熔點(diǎn)的化合物或固熔體達(dá)到熱穩(wěn)定。也可提高活性。助催化劑除促進(jìn)活性組分的功能以外，也可以促進(jìn)載體功能。最明顯的一例是控制載體的熱穩(wěn)定性。

均相催化劑的特征
  均相催化是指催化劑與反應(yīng)介質(zhì)不可區(qū)分，與介質(zhì)中的其他組分形成均勻物相的催化反應(yīng)體系。均相催化常用于液相反應(yīng)。在發(fā)生催化反應(yīng)的物料中，不論是反應(yīng)原料還是催化劑，它們都溶于反應(yīng)介質(zhì)中，且是以獨(dú)立的分子形態(tài)而分散的。正因?yàn)榫啻呋w系中的催化活性中心是以獨(dú)立自由的分子形態(tài)存在的，所以易于以現(xiàn)代的譜儀手段，如NMR、IR等分析手段來表征。借此可以獲得原位(in situ)反應(yīng)過程中的信息，可信度較高，可用以對(duì)反應(yīng)機(jī)理做出比較確切的描述。
催化基元反應(yīng)步驟
  特別是在以過渡金屬絡(luò)合物為活性中心的均相催化反應(yīng)中，催化活性的中間絡(luò)合物能夠分離出晶體，用X射線分析，可對(duì)活性中心周圍的環(huán)境與反應(yīng)機(jī)理的徹底研究，可以認(rèn)定均相絡(luò)合催化的基元反應(yīng)步驟都是在以金屬為中心的配體球上進(jìn)行的，反應(yīng)過程構(gòu)成了一個(gè)催化循環(huán)。催化劑的性能，易于通過配體球上進(jìn)行的，反應(yīng)過程構(gòu)成了一個(gè)催化循環(huán)。催化劑的性能，易于通過配體的調(diào)變得以修飾和改善。故均相催化相對(duì)于多相催化來說，具有一些自身的優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)性能單一，具有特定的選擇性；反應(yīng)條件溫和，有利于節(jié)能；因其作用機(jī)理較清楚明晰，易于精心設(shè)計(jì)調(diào)配研究和把握。
甲醇羰化合成乙酸
   該合成反應(yīng)是20世紀(jì)70年代由Monsanto公司推向工業(yè)化的，是均相絡(luò)合催化的又一大成就，體現(xiàn)了均相催化的發(fā)展。催化劑 Rh絡(luò)合物，羰化過程可在1atm和150℃的溫和條件下進(jìn)行，但為了有利于工業(yè)生產(chǎn)，通常采用1.5Mpa和175℃的反應(yīng)條件。反應(yīng)的選擇性以甲醇計(jì)高于99%，是典型的“原子經(jīng)濟(jì)性”反應(yīng)，參與反應(yīng)的每個(gè)原子都變成了產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)品為零的排放，是當(dāng)前研究追求的綠色化工過程。該絡(luò)合物催化反應(yīng)另一個(gè)重要意義是原料路線的非石油化。過程開發(fā)成功時(shí)，正值全球第一次石油危機(jī)，原油價(jià)格依賴于石油，應(yīng)該向多元化方向發(fā)展。甲醇和CO既可來自于煤，也可來自于天然氣，故Monsanto公司的這一發(fā)明，在當(dāng)時(shí)取得了轟動(dòng)效應(yīng)。但該催化反應(yīng)也有兩個(gè)缺點(diǎn);一是采用價(jià)格昂貴而資源短缺的Rh催化劑；二是要用含碘的水相介質(zhì)，會(huì)造成設(shè)備腐蝕。

反應(yīng)物分子的化學(xué)吸附
   當(dāng)反應(yīng)物分子通過擴(kuò)散到達(dá)催化劑活性表面附近時(shí)，它們可能進(jìn)行化學(xué)吸附，與活性表面相互作用產(chǎn)生新的化學(xué)物種。根據(jù)反應(yīng)機(jī)理，與其他反應(yīng)物分子作用，遵循一條能量最有利的途徑轉(zhuǎn)化。催化中的吸附總是化學(xué)吸附。化學(xué)吸附本身是一個(gè)復(fù)雜的過程，分兩步進(jìn)行，即物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是借助分子間力，吸附力弱，吸附熱小，且是可逆的，無選擇性，分子量越大越容易發(fā)生?；瘜W(xué)吸附與一般的相似，是借助于化學(xué)鍵力，遵從化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)鍵力，具有選擇性特征，吸附熱大（40～800KJ/mol）,一般是不可逆的，尤其是飽和烴分子的解離吸附。吸附的發(fā)生需要活化能。化學(xué)吸附是反應(yīng)分子活化的關(guān)鍵一步?；瘜W(xué)吸附為單分子層吸附，具有飽和性。
  發(fā)生化學(xué)吸附的原因，是由于位于固體表面的原子具有自由價(jià)，這些原子的配位數(shù)小于固體內(nèi)原子的配位數(shù)，使得每個(gè)表面原子受到一種內(nèi)向的凈作用力，將擴(kuò)散到其附近的氣體分子吸附形成化學(xué)鍵?；瘜W(xué)吸附鍵合的現(xiàn)代模型，包括幾何和電子的效應(yīng)兩方面，氣體分子基于這兩種效應(yīng)尋求與表面適合的幾何對(duì)稱性和電子軌道，以進(jìn)行化學(xué)吸附。對(duì)這些特性的了解對(duì)于催化劑的調(diào)制和改善是十分重要的。
表面反應(yīng)
化學(xué)吸附的表面物種是在二維的吸附層中并非靜止不動(dòng)的，只要溫度足夠高，它們就成為化學(xué)活性物種，在固體表面遷移，隨之進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。
產(chǎn)物的脫附
    脫附是吸附的逆過程，因此，遵循與吸附相同的規(guī)律。吸附的反應(yīng)物和產(chǎn)物都有可能脫附。