บทบาทของธาตุหายากในตัวเร่งปฏิกิริยา

ในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา มีการวิจัยอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับผลการเร่งปฏิกิริยาของธาตุหายาก (ส่วนใหญ่เป็นออกไซด์และคลอไรด์) และได้ผลลัพธ์บางอย่างอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้:

1. ในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของธาตุหายากอิเล็กตรอน 4f อยู่ในชั้นในและถูกป้องกันด้วยอิเล็กตรอน 5s และ 5p ในขณะที่การจัดเรียงอิเล็กตรอนด้านนอกที่กำหนดคุณสมบัติทางเคมีของสารจะเหมือนกัน ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับผลการเร่งปฏิกิริยาขององค์ประกอบการเปลี่ยนผ่าน d จะไม่มีลักษณะที่ชัดเจน และกิจกรรมไม่สูงเท่ากับองค์ประกอบการเปลี่ยนผ่าน d

2. ในปฏิกิริยาส่วนใหญ่ กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของธาตุหายากแต่ละธาตุจะไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก โดยสูงสุดคือ 12 เท่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ hธาตุหายากทุกชนิดโดยแทบไม่มีการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมเลย สิ่งนี้แตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากองค์ประกอบการเปลี่ยนแปลง d และบางครั้งกิจกรรมของพวกมันอาจแตกต่างกันไปตามลำดับความสำคัญหลายระดับ กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของธาตุหายาก 3 ชนิดโดยพื้นฐานแล้วสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ประเภทหนึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงแบบโมโนโทนิกในจำนวนอิเล็กตรอน (1-14) ในวงโคจร 4f เช่น ไฮโดรจิเนชันและดีไฮโดรจีเนชัน และอีกประเภทหนึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงเป็นระยะในการจัดเรียงอิเล็กตรอน (1-7, 7-14 ) ในวงโคจร 4f เช่น ออกซิเดชัน;

4. การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาทางอุตสาหกรรมที่มีองค์ประกอบของธาตุหายากส่วนใหญ่ประกอบด้วยธาตุหายากจำนวนเล็กน้อย และโดยทั่วไปจะใช้เป็นส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์ในตัวเร่งปฏิกิริยาร่วมหรือตัวเร่งปฏิกิริยาแบบผสมเท่านั้น

โดยพื้นฐานแล้วตัวเร่งปฏิกิริยาคือวัสดุที่มีฟังก์ชันพิเศษ สารประกอบโลหะหายากมีความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาและการประยุกต์ใช้วัสดุดังกล่าว เนื่องจากมีคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยาที่หลากหลาย รวมถึงคุณสมบัติออกซิเดชัน-รีดิวซ์ และกรด-เบส และไม่ค่อยมีใครรู้จักในหลายแง่มุม โดยมีหลายด้านที่ต้องพัฒนา ; ในวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาหลายชนิด องค์ประกอบของธาตุหายากมีความสามารถในการสับเปลี่ยนกับองค์ประกอบอื่นๆ ได้ดี ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบหลักของตัวเร่งปฏิกิริยา เช่นเดียวกับส่วนประกอบรองหรือตัวเร่งปฏิกิริยาร่วม สารประกอบของธาตุหายากสามารถใช้ในการผลิตวัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีคุณสมบัติแตกต่างกันสำหรับปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน สารประกอบของธาตุหายาก โดยเฉพาะออกไซด์ มีความเสถียรทางความร้อนและเคมีค่อนข้างสูง ทำให้มีความเป็นไปได้ในการใช้วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวอย่างแพร่หลาย ตัวเร่งปฏิกิริยาธาตุหายากมีประสิทธิภาพที่ดี มีหลายประเภท และการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาที่หลากหลาย

ปัจจุบัน วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาแรร์เอิร์ธส่วนใหญ่ใช้ในการแตกตัวและปฏิรูปปิโตรเลียม การทำให้ไอเสียรถยนต์บริสุทธิ์ ยางสังเคราะห์ และสาขาเคมีอินทรีย์และอนินทรีย์หลายชนิด