稀土催化材料趣談

霍知節

1 “魔術神杯”

1.1 從“酒曲”開始

反應物發生化學反應，須使其化學鍵發生改變或斷裂，所需最低能量便是“活化能”。催化劑，就是通過改變反應物的活化能，改變化學反應速率，其數量和化學性質在反應前后均無改變的物質。這種改變化學反應速率，又不影響化學平衡的現象即為“催化作用”。催化作用的本質就是由于催化劑的介入，新的反應途徑所需活化能降低，從而提高了化學反應的速率[1]。

催化劑和反應體系就如同“鎖與鑰匙”的關系，具有高度的專一性。一種催化劑并不對應所有化學反應，某些化學反應也非對應唯一的催化劑。催化劑的活性是其重要品質和催化能力的關鍵指標，將其定義為單位時間內每個活性中心上起反應的次數或分子數。工業生產上常以每單位容積或質量的催化劑，在單位時間內轉化原料反應物的數量來表示，如每立方米催化劑在每小時內能使原料轉化的千克數[2]。催化劑的穩定性決定其“壽命”，意指從開始使用至其活性下降至無法使用的時間累積，包括對高溫熱效應的耐熱穩定性，對摩擦、沖擊的機械穩定性，以及毒化作用的抗毒穩定性等。

對于“催化作用”的認識古已有之。四千多年前，我國以谷物釀酒就頗為盛行，在釀造過程中使用必不可少的“酒母”，即“酒曲”。酒曲不僅是我國的重大技術發明，也是最早的“生物酶催化劑”。因為“酒曲”由微生物、糖化酶、淀粉酶、蛋白酶等構成，可將釀酒原料中的淀粉和蛋白質等轉化為糖、氨基酸等，最后生成口味各異的美酒佳釀。……