浅谈铂金催化剂
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对于硅氢加成反应而言,除了硅氢化合物跟不饱和化合物,催化剂是其不可或缺的一个组分,起着加快反应速度、缩短反应时间以及降低反应温度的作用。硅氢加成反应的催化剂,主要是元素周期表中ⅧB族过渡金属元素铂、钯、镍和铑等的化合物及其络合物,其中铂催化剂催化活性最高,应用最为广泛。
用于催化硅氢加成反应的铂催化剂,主要分为均相催化剂和非均相催化剂。其中,均相催化剂和反应物同处于一相,没有相界面存在,在硅氢加成反应中,均相催化剂一般指液体催化剂。
均相铂催化剂主要有三种:第一种是将氯铂酸(H2PtCl6▪6H2O)溶解到乙醇、异丙醇以及四氢呋喃等有机溶剂中,让其相互作用形成配合物,称为“Speier催化剂”,这种催化剂制作简便快捷、使用方便;第二种类型的铂催化剂是铂与乙烯基双封头的络合物,称为卡斯特催化剂(Karstedt’s catalyst),其反应活性高,能稳定地储存,且与各类型聚硅氧烷的相容性好,是加成型有机硅离型剂中应用最为广泛的催化剂;第三种类型的铂催化剂,是氯铂酸除了和另外一些不饱和化合物形成络合物,还与酮类、环戊二烯、酯类、醇类、冠醚、含杂原子冠醚以及聚硅氧烷等形成络合物,用作催化剂。
均相铂催化剂具有较高的活性及反应选择性,但是由于跟反应物处于同一相中,反应完成后难以分离,不能重复利用,因此成本较高,同时可能会带来重金属离子污染。因此,科研工作者将均相催化剂固载化制成非均相催化剂。所谓均相催化剂的固载化,就是把均相催化剂以物理或化学方法使之与固体载体相结合,而形成一种特殊的催化剂。非均相铂催化剂跟反应物属于不同相,常见形式为固态催化剂催化液态混合反应物发生硅氢加成反应。
硅氢加成反应的非均相催化剂主要分为两种,传统的非均相铂催化剂和高分子金属络合催化剂。其中,传统的非均相催化剂是将过渡金属吸附在炭黑、氧化铝等无机粒子上形成的,这类催化剂稳定性较高,可以回收循环利用,但是催化活性跟选择性较低,反应过程需要较高的温度和压力。高分子金属络合催化剂由高分子载体、键合在载体上的配位基以及过渡金属三部分组成。总体而言,非均相催化剂虽然具有高稳定性、可回收重复利用的优点,但由于其活性和选择性较低,同时制备过程比较复杂,再次使用时催化活性降低,因此其应用受到一定的限制。
有许多物质都能让铂金催化剂“中毒”,导致其催化活性降低甚至失去活性。例如含氮、磷、硫等元素的有机物和含锡、铅、汞、铋、砷等重金属的离子性化合物。因此在铂金催化剂的使用过程中需要格外注意,避免铂金催化剂接触到这些能使其中毒的物质。铂金催化剂的种类跟形态较多,因此在应用过程中,要根据反应体系的特点,选择合适的铂金催化剂,才能取得最好的催化效果。