基本介紹
- 中文名：活化
- 外文名：excitation
- 類別：物理化學
- 套用：催化劑的製備
- 領域：電催化與光催化
- 理論基礎：微觀結構化學
活化能,活化極化,中子活化反應,催化劑的活化,
活化能
要使化學反應能發生，首先反應物分子必須發生碰撞，並在碰撞中使反應物分子中的化學鍵斷裂，同時形成新的化學鍵。因此兩個相碰撞的分子必須具有足夠大的能量，否則就不能使舊鍵斷裂，新鍵形成，因而就不能發生化學反應。例如對於反應：2HI―H2+I2，兩個HI分子發生反應，總是首先發生碰撞，碰撞中兩個HI分子中的H原子互相趨近，生成H2，這就要克服來自兩方面的阻力：①H一I鍵斷裂需克服其鍵能阻力；②兩個H原子相互靠近結合具有一定的斥力，也需依靠一定的能量去克服。只有使兩個HI分子碰撞時的能量大於以上需克服的阻力，反應才能發生。阿侖尼烏斯在對其經驗公式的理論解釋中，提出了活化能的概念，他指出：為了能發生化學反應，普通分子(具有平均能量的分子)必須吸收足夠能量先變成活化分子，在此變化過程中所要吸收的最小能量稱為活化能Ea。，化能的單位是J/mol 。在一定溫度下，活化能越大，反應就越慢。如圖所示，對於一定的反應，活化能一定，若溫度越高，反應就越快。能引起化學反應的碰撞稱為有效碰撞，發生有效碰撞時形成的中間活化物分子稱為活化分子，活化分子的平均能量E’與反應物分子的平均能量E之差稱為化學反應的活化能Ea。
正、逆反應活化能與反應熱的關係示意圖活化極化
活化極化主要是由於電化學反應的動力學阻力造成。燃料電池的陰極和陽極反應都必須克服一定的活化能壘，這種活化能壘導致了活化極化。活化極化是由一系列複雜電化學步驟中的速度控制步驟決定。通過Butler—Volmer方程在高電流密度狀態下的表達形式可以來描述活化極化的大小：
T——操作溫度；
α——傳遞係數；
Z——電化學反應中的電子數；
F——法拉第常數；
i——工作電流密度；
i0——交換電流密度。
最佳化電極的微結構可以降低活化極化，反應物、離子和電子的輸運通道交匯處為三相界面(TPB)，它直接決定了電池內的電化學活性面積。三相界面越長，可以進行電化學反應的區域越多，活化極化就越小。TPB的長度可以通過調整電極的微結構或者使用電子-離子混合導體材料得到提高。
雖然中高溫固體氧化物燃料電池的活化極化很小，電池的極化主要由歐姆極化造成，但是對於低溫固體氧化物燃料電池來說，活化極化不可忽略，其中陰極的氧還原反應阻力是活化極化的主要貢獻。因此，如何提高低溫固體氧化物燃料電池的陰極電化學性能成為研究熱點，研究人員開發出多種方法來降低陰極極化，如催化劑浸漬等。
中子活化反應
中子與原子核作用，若產生的余核是一种放射性核素，這種余核稱為活化核，活化核按它固有的半衰期進行衰變，並放出β或γ粒子，這種反應稱為中子活化反應。活化核衰變時放出的γ射線稱為次生活化γ射線。
中子的活化反應可分為快中子活化反應和熱中子活化反應。
快中子的活化反應主要是發射帶電粒子如（n，p）、（n， α）等反應而形成的。在某些（n，p）、（n，α）反應中，生成的余核是放射性核素，這些反應就是快中子活化反應。在地球物理測井中，有實際意義的這類核反應主要有矽活化反應和鋁活化反應。其反應截面較大，靶核元素在地層中的含量多。利用這兩種活化反應可以測定地層中的矽含量和鋁含量，從而判斷地層中的岩性，確定地層泥質含量。這類反應的反應截面。（n，p）、δ（n，α）的大小一般來說隨著中子能量的增加而增大，主要發生於高能中子。
熱中子引起的活化反應主要是通過（n，γ）反應形成的，即在輻射俘獲反應中，某些反應生成的余核是放射性的，活化核按它固有的半衰期進行衰變， 並放出γ射線，這就是熱中子的活化反應。在地球物理測並中，有實際意義的主要有鈣活化反應和鋁活化反應。
催化劑的活化
催化劑經長期使用後失去活性，這時候就需要通過可用下述方法進行活化。
1、只有5～8%活性指數的非活性催化劑，可用蒸氣處理4小時，再用磺化酞菁鈷浸漬，可得48%的活性。單用熱水或蒸氣處理4小時，只得9%或18%的活性，可再用浸漬法能得35%或39%的活性，但用熱水處理後再用蒸氣處理，然後再浸漬，則可得50%的活性指數。
2、將含硫0.0493%(重量)的煤油(顏色賽氏+22，沸點188～267℃)，通過固定床催化劑，同時通NaOH一甲醇溶液(16%甲醇，7%NaOH及77%水)及空氣，反應溫度38～60℃，常壓，所得產品含硫3.0ppm，顏色賽氏15。經過250小時操作，硫含量逐漸由18ppm升至30ppm，這時停止操作，將催化劑用水在60℃下洗滌，然後用甲醇(95%)在60℃下洗4小時。重新開始脫硫醇反應，所得產品含硫17.5ppm，顏色賽氏21。
催化劑的活化保證了催化劑使用的長久性，在催化領域套用廣泛。
