请问催化剂的催化原理是什么？

什么是催化剂？有什么作用？工作原理是怎样的？~

1，在化学反应里能改变（加快或减慢）其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后（反应过程中会改变）都没有发生变化的物质叫做催化剂，又叫触媒。
2，能改变化学反应速率。
3，催化剂主要是通过降低活化能，使反应易于进行，从而达到催化的效果。

定义：根据IUPAC于1981年提出的定义,催化剂是一种物质,它能够改变反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化.这种作用称为催化作用.涉及催化剂的反应为催化反应.
催化剂（catalyst）会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行化学反应.催化剂在工业上也称为触媒.
初中书上定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂,又叫触媒.催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用.
我们可在波兹曼分布（Boltzmann distribution）与能量关系图（energy profile diagram）中观察到,催化剂可使化学反应物在不改变的情形下,经由只需较少活化能（activation energy）的路径来进行化学反应.而通常在这种能量下,分子不是无法完成化学反应,不然就是需要较长时间来完成化学反应.但在有催化剂的环境下,分子只需较少的能量即可完成化学反应.
催化剂有三种类型,它们是：均相催化剂、多相催化剂和生物催化剂.
均相催化剂和它们催化的反应物处于同一种物态（固态、液态、或者气态）.例如：如果反应物是气体,那么催化剂也会是一种气体.笑气（四氧化二氮）是一种惰性气体,被用来作为麻醉剂.然而,当它与氯气和日光发生反应时,就会分解成氮气和氧气.这时,氯气就是一种均相催化剂,它把本来很稳定的笑气分解成了组成元素.
多相催化剂和它们催化的反应物处于不同的状态.例如：在生产人造黄油时,通过固态镍（催化剂）,能够把不饱和的植物油和氢气转变成饱和的脂肪.固态镍是一种多相催化剂,被它催化的反应物则是液态（植物油）和气态（氢气）.
酶是生物催化剂.活的生物体利用它们来加速体内的化学反应.如果没有酶,生物体内的许多化学反应就会进行得很慢,难以维持生命.大约在37℃的温度中（人体的温度）,酶的工作状态是最佳的.如果温度高于50℃或60℃,酶就会被破坏掉而不能再发生作用.因此,利用酶来分解衣物上的污渍的生物洗涤剂,在低温下使用最有效.
催化剂分均相催化剂与非均相催化剂.非均相催化剂呈现在不同相（Phase）的反应中（例如：固态催化剂在液态混合反应）,而均相催化剂则是呈现在同一相的反应（例如：液态催化剂在液态混合反应）.一个简易的非均相催化反应包含了反应物（或zh-ch:底物;zh-tw:受质）吸附在催化剂的表面,反应物内的键因十分的脆弱而导致新的键产生,但又因产物与催化剂间的键并不牢固,而使产物出现.目前已知许多表反应发生吸附反应的不同可能性的结构位置.
仅仅由于本身的存在就能加快或减慢化学反应速率,而本身的组成和质量并不改变的物质就叫催化剂.催化剂跟反应物同处于均匀的气相或液相时,叫做单相催化作用；催化剂跟反应物属不同相时,叫做多相催化作用.
人们利用催化剂,可以提高化学反应的速度,这被称为催化反应.大多数催化剂都只能加速某一种化学反应,或者某一类化学反应,而不能被用来加速所有的化学反应.催化剂并不会在化学反应中被消耗掉.不管是反应前还是反应后,它们都能够从反应物中被分离出来.不过,它们有可能会在反应的某一个阶段中被消耗,然后在整个反应结束之前又重新产生.
使化学反应加快的催化剂,叫做正催化剂；使化学反应减慢的催化剂,叫做负催化剂.例如,酯和多糖的水解,常用无机酸作正催化剂；二氧化硫氧化为三氧化硫,常用五氧化二钒作正催化剂,这种催化剂是固体,反应物为气体,形成多相的催化作用,因此,五氧化二钒也叫做触媒或接触剂；食用油脂里加入0.01%～0.02%没食子酸正丙酯,就可以有效地防止酸败,在这里,没食子酸正丙酯是一种负催化剂(也叫做缓化剂或抑制剂).
目前,对催化剂的作用还没有完全弄清楚.在大多数情况下,人们认为催化剂本身和反应物一起参加了化学反应,降低了反应所需要的活化能.有些催化反应是由于形成了很容易分解的“中间产物”,分解时催化剂恢复了原来的化学组成,原反应物就变成了生成物.有些催化反应是由于吸附作用,吸附作用仅能在催化剂表面最活泼的区域(叫做活性中心)进行.活性中心的区域越大或越多,催化剂的活性就越强.反应物里如有杂质,可能使催化剂的活性减弱或失去,这种现象叫做催化剂的中毒.
催化剂对化学反应速率的影响非常大,有的催化剂可以使化学反应速率加快到几百万倍以上.催化剂一般具有选择性,它仅能使某一反应或某一类型的反应加速进行.例如,加热时,甲酸发生分解反应,一半进行脱水,一半进行脱氢：
HCOOH=H2O+CO
HCOOH=H2+CO2
如果用固体Al2O3作催化剂,则只有脱水反应发生；如果用固体ZnO作催化剂,则脱氢反应单独进行.这种现象说明,不同性质的催化剂只能各自加速特定类型的化学反应过程.因此,我们利用催化剂的选择性,可使化学反应主要向某一方向进行.
在催化反应里,人们往往加入催化剂以外的另一物质,以增强催化剂的催化作用,这种物质叫做助催化剂.助催化剂在化学工业上极为重要.例如,在合成氨的铁催化剂里加入少量的铝和钾的氧化物作为助催化剂,可以大大提高催化剂的催化作用.
催化剂在现代化学工业中占有极其重要的地位,现在几乎有半数以上的化工产品,在生产过程里都采用催化剂.例如,合成氨生产采用铁催化剂,硫酸生产采用钒催化剂,乙烯的聚合以及用丁二烯制橡胶等三大合成材料的生产中,都采用不同的催化剂.
酶,是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质,旧称酵素.生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行.酶的催化作用同样具有选择性.例如,淀粉酶催化淀粉水解为糊精和麦芽糖,蛋白酶催化蛋白质水解成肽等.酶在生理学、医学、农业、工业等方面,都有重大意义.目前,酶制剂的应用日益广泛.

催化的本质就是：在不同的催化剂上化学反应的速率不同。

催化剂可以促进反应进行，也可以抑制反应进行。

催化剂的三大性质：（1）催化活性（2）特定反应选择性（3）本身稳定性。【如果你想讨论任何一个催化剂，这三大性质都是跑不掉的。全部讨论清楚了才算一个比较系统的工作】。

电子可以作为“反应物”，但这是电荷转移反应的内容了。具体理论可以看Marcus Theory。

Oh, By the way，很多催化剂在经过几次“催化”之后就变得面目全非了（我们现在课题组正在研究这样的一种材料，希望搞清楚里面究竟发生了什么事情）。所以催化剂并不是“压根不变”的。而且如果反应中有一些毒化物种（例如CO等），那么它就会毒化催化剂的表面。在纳米粒子催化剂以及电催化剂当中，表面的重构屡见不鲜的。（不过在高中阶段，以课本为主）

要想弄清催化剂在催化反应中所起的作用（也就是你题目中的问题），以下几个基础必须得事先弄清楚：

（1）如何描述化学键/化学反应中的相互作用（van der Waals（范德华作用），静电作用，电场-偶极子耦合作用，etc.）【如果想从数学、物理的角度来理解这件事请，你必须先学习量子力学、再学量子化学、最后学到固体物理、能带理论才能真正对其中的变化有所了解。在这里强烈推荐了解一下Anderson-Newns Model以及提到的d-band theory，这个理论的目的也很容易理解：就是找一个数来帮我们对催化剂的好坏进行排序，如果按照数字大小的排序可以与实验得到的结论一致，那么我们就可以通过计算某一个催化剂对应的“数”，来了解它的催化活性。这当然是很粗略的，还有很多的细节我们应该考虑进去。】

（2）化学反应的机理（这个化学反应是怎样发生的）。【对于这块内容可以看看过渡态理论（Erying的），Marcus Theory（物理很重要，数学对于高中生来说也是很好理解的），以及DFT中的NEB方法，看看通过现在最新的理论方法可以如何探究反应的路程（如果你感兴趣可以查查这本书《Fundamentals of Heterogeneous Catalysis》）。】

而将催化剂加入了反应体系之后，可能改变的有：（1）反应路径（2）相同反应的活化能。

如果催化剂可以使得反应中的某一个活泼中间物稳定下来，那么整个反应就有可能向某一个方向进行（这就是催化剂可以提高化学反应的选择性的一个例子，感兴趣可以参考有机化学。因为有机化学中，高选择性、高产率是他们追求的目标。）

如果催化剂可以使得基元反应的过渡态稳定，那么它可以使基元反应的活化能降低，从而提升反应的速率。

对于催化学科来说，催化剂的分类可以分成两类：（1）均相催化剂【例如小分子催化剂、酶催化剂】（2）异相催化剂【例如金属表面、半导体、各种纳米尺度的催化剂】。

发生催化反应的外界环境可以分成：（1）气相（2）液相两种【这是两种常用的，当然固相或者其他物态中的催化也是有的，不过研究的相对较小众罢了。】

对于气相中的反应，以自由基为主要中间物，这一部分

已经讲的很多了，可以参考他的回答。我主要讲一下液相中的催化过程，因为自己做过一些这方面的工作，所以可以简单介绍一下。

上面说了，催化剂的作用有两个：（1）改变反应路径（2）降低反应能垒。（这是对正催化剂而言的，就是提高反应活性、反应选择性的）。但是在水溶剂中，如果一个物质有-O-H键，-N-H键，那么它会与水形成氢键；而水本身也会形成氢键网络，因此这时水的存在就会影响反应中间态的吸附能量（我们将这个变化成为吸附能）。当然要计算这个吸附能具体的大小其实是很困难的，当然这是很technical的东西了。与催化并没有什么关系。

对于溶液相中的电荷转移来说，是反应物的溶剂化层经过重组到达过渡态，在过渡态时电子从电极/其他分子上跃迁到反应分子上，之后产物分子的溶剂化层经过二次重构达到最稳定的状态。这时Marcus Theory的精神所在。而且Marcus在论文中用了很长的篇幅来讨论reorganization energy（重构化能）。从这里我们也可以看出，当反应中考虑了电子的存在后，催化反应就从异相催化反应过渡到了电催化反应。

关于电催化反应的相关理论对于高一的学生来说就比较艰深了，不过如果你有兴趣的话，可以关注我的专栏，我会时不时在上面总结一些电催化理论相关的内容。

其实这个过程很复杂啊。而且不同的催化不一样。电催化和传统催化不同，均相催化和异相催化也有所不同，最坑爹的是很多催化也并不确定到底是怎样的过程，但是所有这些本质上都是电子转移这个应该是确定的了。催化剂最主要的作用，就是提供活性位点，降低电子转移所需要的能垒。活性位点就好像一部部电梯，这个分子变那个分子，要是想省事，起码得先上电梯（吸附到活性位点上）。而决定一个催化剂好坏的一个很重要的因素就是，有多少电梯可上，哪些分子更容易上电梯，上了电梯以后到地方容不容易下去。

比如电催化Pt催化水溶液产氢，在酸性环境里和碱性环境里原理都有不同，所以无法一概而论。但总的简单说就是活性位点先吸附反应物分子（话说怎么吸附还有说道……），然后发生电子传递转移（有一个专门dband theory专门讲这个是究竟怎么个过程的），然后反应产物脱附。但是电催化产氢之所以比较清楚，是因为Pt的特殊性质导致整个吸附，反应，脱附过程很容易通过电化学方法观测到，而很多其它催化剂，或者说是几乎大多数催化剂都无法检测到各个过程，更不用说非电化学催化了。

现在有很多原位的检测手段可以检测到催化反应过程中催化剂大概发生了怎样的变化过程。但总的而言，了解还是很肤浅很表层的。现在绝大多数领域的新催化剂还都是靠实验试出来的，但是在有一定实验基础的前提下，通过DFT计算也可以预测某些新材料的催化性质。但是新催化剂基本还是通过实验一个一个的试出来的（不然你以为搞化学的那么多砖工都是干嘛的？泪目……）

作为一个即将带高一年级化学的老师，而且正好我的硕士毕设做的也是催化机理方面，在你的角度说说我的看法

首先，我们需要明确的就是，如其他人所述，催化剂实际必然是参与了反应的进行的。
最终有没有又回到催化剂本身和反应前一样呢？一般不会。
但是，在初高中，我们就按照书本上的来吧，教材没有改，只好如此

而之所以教材那么说，就是因为这其中的原理相当之复杂，为了简化不得已如此说。

一般而言，催化剂（特指“正催化剂”即不包括降低反应速率的那类）是通过降低反应活化能来提高反应速率的（“反应速率”在高二会讲到）

就催化原理而言，这可是大学化学甚至研究生化学的一门课啊，能讲出很多东西。不同的反应、不同的催化剂、甚至是不同的反应条件下，原理都是不一样的。
所以，如果你想弄懂催化剂这个东西，可以入化学坑，毕竟我学校几乎所有化学实验室全在搞这个。

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莒南县15272168918： 催化剂的工作原理是什么?举几个例子 - ？
衷图益心：[答案] 催化剂的定义 能显著改变反应速率而本身的化学性质和数量在反应前后基本不变的物质.催化剂有正催化剂(即加快反应速率)和负催化剂(即减小反应速率),一般不特殊指出均指正催化剂. 催化原理 化学反应能否进行要根据自由能的变化,但仅仅...

莒南县15272168918： 催化剂的作用原理 - ？
衷图益心： 催化剂能增大化学反应速率的原因,是它能够降低反映所需要的能量,这样就会使更多的反应物分子成为活化分子,大大增加单位体积内反应物分子中活化分子所占的百分数,从而成千成万倍地增大化学反应速率.

莒南县15272168918： 催化剂为什么能够起到催化作用?原理是什么? - ？
衷图益心： 一、在化学反应里能改变反应物化学反应速率(既能提高也能降低)而不改变化学平衡,且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂(固体催化剂也叫触媒). 二、催化作用的原理: 1、由于催化剂的介入而加速或...

莒南县15272168918： 解释一下催化剂的工作原理. - ？
衷图益心： 【催化剂】能改变化学反应速度而在反应前后本身的化学组成、化学性质及数量没有变化的物质称为催化剂.正催化剂能加快反应速度,负催化剂(阻化剂)能减慢反应速度.【催化反应】有催化剂参加的反应.若催化剂和反应物同处于均匀的气相或液相中,称为均相催化.若催化剂和反应物不在同一相中,且反应仅在催化剂与反应物的界面上进行,则称为多相催化.还有一类催化反应叫生物催化,或称酶催化,它既不同于均相催化也不同于多相催化,而是兼有二者的某些特征.

莒南县15272168918： 催化剂能催化是什么原理? - ？
衷图益心： 其实催化剂也参加了反应,将反应物中的活化分子百分比提高(活化分子就是物质实际参加反应微观粒子,每种物质不是全都参加反应的),也就提高了反应速度.高二化学中就有介绍.

莒南县15272168918： 催化剂的作用机理是什么? - ？
衷图益心： 催化剂的作用机理就是降低反应的活化能,只加速反应,但不改变反应方向.

莒南县15272168918： 化学中催化剂催化的原理是什么？
衷图益心： 催化剂的定义 能显著改变反应速率而本身的化学性质和数量在反应前后基本不变的物质.催化剂有正催化剂(即加快反应速率)和负催化剂(即减小反应速率),一般不特殊指出均指正催化剂. 催化原理 化学反应能否进行要根据自由能的变化,但仅仅根据自由能的变化还不能判断反应能否完成,因为化学反应的完成还取决于反应的能垒,即如果反应能垒很高,则必须为其提供一定的能量,越过能垒,完成反应.该能垒被称为活化能.而催化剂的作用就是降低该活化能,使之在相对不苛刻的环境下发生化学反应. 催化剂改变反应速率,是由于改变了反应途径,降低了反应的活化能.

莒南县15272168918： 催化剂的反应机理 - ？
衷图益心：[答案] 催化剂的反应机理很复杂的,不同催化剂可能反应机理不同.部分催化剂参加反应.部分催化剂不参加反应.从理论上说催化剂降低了反应活化能,提高了活化分子数.

莒南县15272168918： 催化剂的催化原理是什么?？
衷图益心： 化学反应能否进行要根据自由能的变化,但仅仅根据自由能的变化还不能判断反应能否完成,因为化学反应的完成还取决于反应的能垒,即如果反应能垒很高,则必须为其提供一定的能量,越过能垒,完成反应.该能垒被称为活化能.而催化剂...

莒南县15272168918： 催化剂的反应原理 - ？
衷图益心： 催化剂一般有两种解释,一提高copy活化分子的活化能,二,降低所需反应物得活化能. 从高中物质与结构一书所提,催化剂B先与2113反应物A反应,生成C,此时C再与另外一种物质反应时,难度就5261不那么高了,可以直接反应,生成D+B,催化剂本身并没有改变,但是参与了反应.这叫4102降低所需反应物的活化能,实际1653上也是提高了A物质的分子活化能.