为什么二氧化锰可做催化剂？即其做催化剂的原理

catalyst

能显著提高反应速率，其自身的化学性质和数量在反应前后均保持不变的物质。

★ 特性

①反应前后，化学性质虽然不变，但因参与反应导致某些物理性质的改变。

②对正、逆反应有同样的催化作用，因此只能缩短达到平衡的时间，而不能改变系统的平衡组成。

③有特殊的选择性，某一类反应只能用某些催化剂来催化。

④催化剂或反应系统中的少量杂质常可强烈地影响催化剂的性能。有些物质本身无催化作用，但加到催化剂中后，能大大提高催化剂的活性，称为助催化剂。另有一些物质，加入少量就可大大降低甚至消除催化剂的催化作用，称为毒物（或抑制剂）。

★ 种类

①金属催化剂。主要是指4、5、6周期的某些过渡金属，如铁、金、铂、钯、铑、铱等以及某些过渡金属的合金，可用于脱氢和加氢反应，有些也具有氧化与重整的催化活性。

②半导体催化剂。主要是一些非化学计量的各种变价过渡金属的氧化物，如ZnO、NiO、V2O5、Fe2O3、Cr2O3、MoO3等，能加速有电子转移的氧化、加氢、脱氢等反应。实用的半导体催化剂常为多组分氧化物的复合物，其成分复杂，影响因素也较多。

③酸、碱催化剂。阿伦尼乌斯酸碱、布仑斯惕酸碱、路易斯酸碱的催化作用均属酸碱催化。酸碱催化可分为均相与多相两类。均相酸碱催化一般以离子型机理进行。一些有质子转移的反应，如水合和脱水，酯化与水解，烷基化和脱烷基反应等常可用均相酸碱催化。多相酸碱催化剂主要是固体酸碱，其中应用较广的是固体氧化物酸碱催化剂，被用来催化下列反应：脱水和水合、同分异构化、裂化、烷基化、聚合、氢转移等。氧化铝、硅酸铝、分子筛是固体酸催化剂中最重要的3种。

④配位（络合）催化剂。一般是过渡金属的无机或有机络合物。在反应过程中，催化剂与反应基团构成配位键，形成中间络合物，而使反应分子活化。配位（络合）催化剂一般用在均相的催化反应中，可催化加氢脱氢、氧化、异构化、水合、羰基合成、聚合等反应。近年来，具有高催化活性的低分子络合物与高分子相结合，制成负载性高分子催化剂，既保留了均相络合催化活性、选择性高的优点，又克服了催化剂不易分离、不稳定等缺点。

⑤酶催化剂。在生物体内进行的各种复杂反应基本上都是酶催化的反应。酶本身是一种蛋白质分子，是由氨基酸按一定顺序聚合起来的、大小在3～100纳米之间的大分子。酶催化剂具有高度的选择性、极高的催化效率，且反应条件温和。

在众多半导体光催化材料中，TiO2以其化学性质稳定、氧化-还原性强、抗腐蚀、无毒及成本低而成为目前最为广泛使用的半导体光催化剂。

TiO2属于一种n型半导体材料，它有三种晶型——锐钛矿相、金红石相和板钛矿相，从热力学角度看，金红石是相对最稳定的晶型，熔点为1870℃；而锐钛矿是二氧化钛的低温相，一般在500℃~600℃时转变为金红石。二氧化钛晶型转变的实质是晶胞结构组成单元八面体的结构重排。金红石晶型结构中原子排列更加致密，密度、硬度、介电常数更高，对光的散射也更大。因此，金红石是常用的白色涂料和防紫外线材料，对紫外线有非常强的屏蔽作用，在工业涂料和化妆品方面有着广泛的应用。锐钦矿的带隙宽度为稍大于金红石的，光生电子和空穴不易在表面复合，因而具有更高的光催化活性能够直接利用太阳光中的紫外光进行光催化降解，而且不会引起二次污染。因此，锐钛矿是常用的处理环境污染方面问题的光催化材料。

二、二氧化钛光催化原理

ZXL-001纳米二氧化钛光催化反应机理：

纳米TiO2光催化降解机理共分为7个步骤来完成光催化的过程：

1、TiO2+hv→eˉ+h+

2、h++H2O→OH+H+

3、eˉ+O2→OOˉ

4、OOˉ+H+→OOH

5、2OOH→O2+H2O2

6、OOˉ+eˉ+2H+→H2O2

7、H2O2+eˉ→OH+OHˉ

8、h++OHˉ→OH

当一个具有hv能量大小的光子或者具有大于半导体禁带宽度Eg的光子射入半导体时，一个电子由价带(VB)激发到导带(CB)，因而在导带上产生一个高活性电子（eˉ)，在价带上留下了一个空穴(h+)，形成氧化还原体系。溶解氧及水和电子及空穴相互作用，最终产生高活性的羟基。OHˉ、O2ˉ、OOHˉ自由基具有强氧化性，能把大多数吸附在TiO2表面的有机污染物降解为CO2、H2O，把无机污染物氧化或还原为无害物。