Технология катализа служит основой современной химической промышленности, преобразования энергии и экологического управления. Активные центры, являясь функциональным ядром катализаторов, представляют собой микроместа, в которых происходят все каталитические реакции, непосредственно определяющие активность, селективность и стабильность катализатора. Наполнитель и каркас катализатора практически не участвуют в химических реакциях; они главным образом поддерживают активные компоненты, диспергируют металлические частицы и облегчают массоперенос. Только определенные микрообласти на поверхности или внутри поровых каналов могут активировать реагенты и восстанавливать химические связи, и эти критические области определяются как активные центры.
Активные центры — единственные функциональные зоны, которые запускают каталитические реакции. Их уникальная структура поверхности и электронное состояние снижают энергию активации химических реакций, позволяя трудно-запускать-реакции протекать в мягких условиях эксплуатации. Каталитический цикл повторяется непрерывно: сначала активные центры адсорбируют молекулы реагентов и ослабляют внутренние химические связи; затем они разрывают старые связи и образуют новые для создания целевых продуктов; наконец, продукты десорбируются с центров, восстанавливая первоначальную структуру активных центров для последующих циклов реакции.
Различные катализаторы имеют разные активные центры. Для металлических катализаторов активными центрами в основном являются краевые и угловые атомы металлических частиц, которые широко применяются в реакциях гидрирования и риформинга. Твердокислотные катализаторы, такие как молекулярные сита, используют кислотные центры для крекинга тяжелой нефти и изомеризации углеводородов. Оксидные и сульфидные катализаторы сосредоточены на дефектных вакансиях и участках границы раздела и обычно используются для десульфурации и денитрификации дымовых газов в целях защиты окружающей среды.
Производительность катализатора полностью определяется состоянием активных сайтов. Количество активных центров контролирует эффективность реакции, а сила центров регулирует селективность производства определенных целевых продуктов. Во время промышленной эксплуатации углеродистые отложения, отравление примесями, высокотемпературное спекание и структурные повреждения приводят к дезактивации активных центров, что в корне приводит к выходу из строя и выходу из строя катализаторов.
Основной целью текущих исследований и разработок катализаторов является корректировка количества, структуры и микроокружения активных центров с помощью научных методов приготовления. В результате получаются каталитические материалы с более высокой активностью, превосходной селективностью и более длительным сроком службы, обеспечивая высокую-эффективность, экологичность-и экономичность-эффективных промышленных реакций.