在我國剛剛起步的納米催化技術(shù)，目前盡管只有TiO2、ZnO、SiO2、CaCO3等少數(shù)幾個(gè)品種實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，但已經(jīng)顯示出了良好的發(fā)展前景。在10月20日結(jié)束的第三屆中國西安納米科技研討會(huì)上，西安近代化學(xué)研究所呂劍教授在接受記者采訪時(shí)指出，納米材料具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)及表面特性，其催化活性和選擇性大大高于傳統(tǒng)催化劑，可作為新型的催化材料應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)。
隨著納米微粒粒徑的減小，表面積逐漸增大，吸附能力和催化性能也隨之增強(qiáng)。這些獨(dú)特效應(yīng)使納米催化劑不僅可以控制反應(yīng)速度，大大提高反應(yīng)效率，甚至可以使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)進(jìn)行。據(jù)呂劍介紹，納米金屬粒子作為催化劑已成功應(yīng)用到加氫催化反應(yīng)中。以粒徑小于0.3nm的Ni和Cu－Zn合金的超細(xì)微粒為主要成分制成的催化劑，可使有機(jī)物加氫的效率比傳統(tǒng)鎳催化劑提高10倍。納米Pt粉、WC（碳化鎢粉）也是高效的加氫催化劑，超細(xì)Ag粉則可以作為乙烯氧化的催化劑。
目前，已報(bào)道的納米金屬氧化物催化劑有Fe3O4、TiO2和CeO2等。美國一家公司推出的系列納米CuO抗菌劑已具備商業(yè)實(shí)用性，這種粒徑范圍在20～50nm的CuO易加入塑料、合成纖維、黏合劑和涂料中，主要用于防護(hù)漆、防污漆和不同涂料的添加劑。而一種稀土氧化物／ZnO復(fù)合材料則可作為選擇性氧化乙烷制乙烯的催化劑，用其催化的反應(yīng)，乙烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)60％，乙烯選擇性則高達(dá)90％。
呂劍說，納米結(jié)晶物質(zhì)在增加催化劑的活性部位方面具有很大優(yōu)勢。它應(yīng)用于結(jié)構(gòu)敏感性反應(yīng)的典型例子是作為光催化反應(yīng)的催化劑，納米鈣鈦礦型復(fù)合氧化物就是一種理想的光催化材料。在光催化降解領(lǐng)域采用的光催化劑多為TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2等半導(dǎo)體材料，但由于光腐蝕和化學(xué)腐蝕的原因，實(shí)用性較好的只有TiO2和ZnO，其中以TiO2的使用最為廣泛。
以氧化物為載體的負(fù)載型納米金屬催化劑具有許多優(yōu)異性能，其載體種類很多，有氧化鋁、氧化硅、氧化鎂、氧化鈦、沸石及分子篩等。納米負(fù)載型催化劑用Ni／MgO催化甲烷法制得的納米碳管作催化劑載體，嵌入鉀催化劑，經(jīng)脫氧、凈化處理后，用于合成氨的催化反應(yīng)中，合成氨的產(chǎn)率大大高于同條件常用催化劑的產(chǎn)率，而且納米碳管表面更趨于堿性，有利于生成的氨脫附。
呂劍認(rèn)為，納米結(jié)構(gòu)自組裝體系和分子自組裝體系是當(dāng)前納米材料的前沿領(lǐng)域。在分子篩的孔腔中組裝或封裝金屬配合物，所制備的金屬配合物／分子篩復(fù)合催化材料是傳統(tǒng)均相催化劑和多相催化劑不可比擬的新型催化材料，也為重油、渣油等的催化裂化開辟了新天地。這些材料在催化過程中具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)活性和選擇性高，易與產(chǎn)物分離、可重復(fù)使用，位分離效應(yīng)及擇形效應(yīng)高等優(yōu)點(diǎn)。
呂劍指出，盡管在納米催化劑方面已取得了一些成果，但也還有許多問題需要解決，主要包括四個(gè)方面：一是對(duì)合成納米催化劑的過程機(jī)理，如對(duì)控制微粒的形狀、分布、粒度等技術(shù)和納米微粒的收集、存放問題缺乏深入研究；二是多數(shù)制備納米材料的技術(shù)成果僅停留在實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模生產(chǎn)階段，缺乏對(duì)規(guī)模生產(chǎn)所涉及工程技術(shù)的認(rèn)識(shí)；三是系統(tǒng)研究納米催化材料的實(shí)用化技術(shù)尚少，對(duì)納米催化材料的性能測試和表征手段有待改進(jìn)；四是缺乏系統(tǒng)的綜合各學(xué)科的研究體系，無法解決交叉學(xué)科的納米技術(shù)問題。
呂劍認(rèn)為，這些問題的解決不僅將為納米材料的制備提供一套科學(xué)的方法和理論，加速納米材料的應(yīng)用和開發(fā)，也能為納米催化劑產(chǎn)業(yè)化和市場化奠定基礎(chǔ)。建議相關(guān)行業(yè)克服制約因素，不斷完善現(xiàn)有納米催化劑的制備技術(shù)，開發(fā)納米催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，盡可能地拓展納米材料的催化應(yīng)用領(lǐng)域，努力實(shí)現(xiàn)納米催化技術(shù)的工業(yè)化。
隨著納米微粒粒徑的減小，表面積逐漸增大，吸附能力和催化性能也隨之增強(qiáng)。這些獨(dú)特效應(yīng)使納米催化劑不僅可以控制反應(yīng)速度，大大提高反應(yīng)效率，甚至可以使原來不能進(jìn)行的反應(yīng)進(jìn)行。據(jù)呂劍介紹，納米金屬粒子作為催化劑已成功應(yīng)用到加氫催化反應(yīng)中。以粒徑小于0.3nm的Ni和Cu－Zn合金的超細(xì)微粒為主要成分制成的催化劑，可使有機(jī)物加氫的效率比傳統(tǒng)鎳催化劑提高10倍。納米Pt粉、WC（碳化鎢粉）也是高效的加氫催化劑，超細(xì)Ag粉則可以作為乙烯氧化的催化劑。
目前，已報(bào)道的納米金屬氧化物催化劑有Fe3O4、TiO2和CeO2等。美國一家公司推出的系列納米CuO抗菌劑已具備商業(yè)實(shí)用性，這種粒徑范圍在20～50nm的CuO易加入塑料、合成纖維、黏合劑和涂料中，主要用于防護(hù)漆、防污漆和不同涂料的添加劑。而一種稀土氧化物／ZnO復(fù)合材料則可作為選擇性氧化乙烷制乙烯的催化劑，用其催化的反應(yīng)，乙烷轉(zhuǎn)化率可達(dá)60％，乙烯選擇性則高達(dá)90％。
呂劍說，納米結(jié)晶物質(zhì)在增加催化劑的活性部位方面具有很大優(yōu)勢。它應(yīng)用于結(jié)構(gòu)敏感性反應(yīng)的典型例子是作為光催化反應(yīng)的催化劑，納米鈣鈦礦型復(fù)合氧化物就是一種理想的光催化材料。在光催化降解領(lǐng)域采用的光催化劑多為TiO2、ZnO、Fe2O3、SnO2等半導(dǎo)體材料，但由于光腐蝕和化學(xué)腐蝕的原因，實(shí)用性較好的只有TiO2和ZnO，其中以TiO2的使用最為廣泛。
以氧化物為載體的負(fù)載型納米金屬催化劑具有許多優(yōu)異性能，其載體種類很多，有氧化鋁、氧化硅、氧化鎂、氧化鈦、沸石及分子篩等。納米負(fù)載型催化劑用Ni／MgO催化甲烷法制得的納米碳管作催化劑載體，嵌入鉀催化劑，經(jīng)脫氧、凈化處理后，用于合成氨的催化反應(yīng)中，合成氨的產(chǎn)率大大高于同條件常用催化劑的產(chǎn)率，而且納米碳管表面更趨于堿性，有利于生成的氨脫附。
呂劍認(rèn)為，納米結(jié)構(gòu)自組裝體系和分子自組裝體系是當(dāng)前納米材料的前沿領(lǐng)域。在分子篩的孔腔中組裝或封裝金屬配合物，所制備的金屬配合物／分子篩復(fù)合催化材料是傳統(tǒng)均相催化劑和多相催化劑不可比擬的新型催化材料，也為重油、渣油等的催化裂化開辟了新天地。這些材料在催化過程中具有反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)活性和選擇性高，易與產(chǎn)物分離、可重復(fù)使用，位分離效應(yīng)及擇形效應(yīng)高等優(yōu)點(diǎn)。
呂劍指出，盡管在納米催化劑方面已取得了一些成果，但也還有許多問題需要解決，主要包括四個(gè)方面：一是對(duì)合成納米催化劑的過程機(jī)理，如對(duì)控制微粒的形狀、分布、粒度等技術(shù)和納米微粒的收集、存放問題缺乏深入研究；二是多數(shù)制備納米材料的技術(shù)成果僅停留在實(shí)驗(yàn)室和小規(guī)模生產(chǎn)階段，缺乏對(duì)規(guī)模生產(chǎn)所涉及工程技術(shù)的認(rèn)識(shí)；三是系統(tǒng)研究納米催化材料的實(shí)用化技術(shù)尚少，對(duì)納米催化材料的性能測試和表征手段有待改進(jìn)；四是缺乏系統(tǒng)的綜合各學(xué)科的研究體系，無法解決交叉學(xué)科的納米技術(shù)問題。
呂劍認(rèn)為，這些問題的解決不僅將為納米材料的制備提供一套科學(xué)的方法和理論，加速納米材料的應(yīng)用和開發(fā)，也能為納米催化劑產(chǎn)業(yè)化和市場化奠定基礎(chǔ)。建議相關(guān)行業(yè)克服制約因素，不斷完善現(xiàn)有納米催化劑的制備技術(shù)，開發(fā)納米催化劑的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備，盡可能地拓展納米材料的催化應(yīng)用領(lǐng)域，努力實(shí)現(xiàn)納米催化技術(shù)的工業(yè)化。
