Катализаторы в гетерогенной катализации играют ключевую роль в увеличении скорости химических реакций путем снижения энергии активации, необходимой для их протекания. В процессе гетерогенной катализа катализатор и реагенты находятся в разных фазах, чаще всего катализатор — это твердый материал, а реагенты — газ или жидкость.

На примере каталитического риформинга нефти рассмотрим, как работает катализатор:

Состав и тип катализатора: В процессе каталитического риформинга часто используются платиново-рудовые катализаторы, такие как платина (Pt), рутений (Ru) или их комбинации с оксидами, такими как Al₂O₃. Эти катализаторы способны повышать эффективность реакций переработки углеводородов путем их активации на поверхности катализатора.

Адсорбция: Когда углеводородные молекулы (например, н-гексан) подходят к поверхности катализатора, они адсорбируются, т.е. прилипают к каталитической поверхности. Эта адсорбция может быть физической (слабые взаимодействия) или химической (формирование более прочных связей).

Образование активных центров: После адсорбции молекулы углеводородов могут распадаться на меньшие фрагменты, которые затем перераспределяются и взаимодействуют друг с другом. Активные центры катализатора способствуют формированию новых химических связей между атомами углерода.

Реакция: На поверхности катализатора происходят сочетания и переработки различных углеводородных молекул с образованием более сложных структур, например, ароматических углеводородов. Это достигается благодаря тому, что катализатор предоставляет потенциальные пути для реагентов активироваться и реагировать.

Десорбция: Получившиеся продукты реакций после переноса энергии и образования новых связей выходят из активных центров катализатора и десорбируются, освобождая активные места для новых молекул реагентов.

Преимущества: Использование катализатора позволяет проводить реакции в более мягких условиях (температура и давление) по сравнению с термохимическими процессами и повышает селективность к желаемым продуктам, что важно для экономической эффективности процесса.

В целом, катализаторы в гетерогенной катализации, такие как в каталитическом риформинге, работают за счет их способности adsorbировать молекулы, активировать их, способствовать реакциям и затем высвобождать продукты, при этом снижая энергетические затраты на реакцию.