图一：催化剂载体的形状
金属颗粒尺寸 (Metal Particle Size)
固态金属催化反应中，化学反应是在奈米尺度的金属表面进行。金属颗粒越小，分散度越高，活性越大。市售钯?碳或铂?碳複合的催化剂颗粒尺寸约是直径二至四奈米左右，亦即每个颗粒是由两百到五百个原子聚集而成。我们的目标是合成出只由十三个原子立方最密堆积而成的最小颗粒。要达到这个目标，选择恰当的金属盐类或金属错合物，以及找出最好的还原实验条件是很重要的。一般而言，在液态氧化反应中，催化剂大小在十奈米左右活性最好。
蛋壳型催化剂 （Eggshell Type Catalyst）
另一种愈发常见的做法是，将金属镀在载体的表面上。这种方法不仅常用于固定床催化剂（fixed bed catalysts），也用于浮床催化剂（slurry bed catalysts）。蛋壳型催化剂最初是用在聚合树脂的氢化反应。此类催化剂也用于聚合物单体加氢反应，以及氢解、氧化、乙酸化、聚合反应等。若是使用双金属催化剂，则是将不同的金属依同样比例镀在同一表面上。这种催化剂通常需要一再地试验才能成功，例如在多管气相反应炉中将乙烯和醋酸反应合成醋酸乙烯酯（Vinyl acetate）时会使用的催化剂：钯??铅?氧化硅粉末。以合成醋酸乙烯酯来说，使用蛋壳型催化剂的比起内层填充的做法，初始的时空产率（space time yield, STY）高了一点六八倍。甚至在反应超过三千小时后时空产率仍高出一点零五倍。
增加表面积（Increasing geometric surface area）
如果将（蛋壳型）金属催化剂镀在表面上，小颗粒能比大颗粒在几何上提供更多的表面积，因此有更高的活性。举例来说，直径一点五釐米比起三釐米的催化剂表面积高出四倍。也就是说，浓度2%，直径一点五釐米的铅?氧化铝溶液，只要两百五十毫升就相当于一公升的浓度0.5%，三釐米铅?氧化铝溶液，催化剂的使用量可以减少四分之一（在此先不考虑其他因素如粉末分布，压力差等等）。
其次，催化剂载体的形状也很重要。这些是目前发展出的载体类型，包括单孔型，车轮型，十孔型等(如图一)。这些催化剂载体在蒸气重组反应（steam reforming reaction）中有很高的活性。
参考文献：
1) USP USP 4,048,096 Dupont
2) USP 4,337,178
3) Toshio Matsuhisa, Catalyst & Catalysis ,Vol.48, No.5, 326 (2006)
作者资讯：
Inovation Design Laboratory
Waseda University
Takashiro. Muroi TEL&FAX +81-29-873-8844
E-mail: t.muroi@kurenai.waseda.jp
● 特别感谢 Muroi Takashiro 教授提供原文及李祐慈博士提供此译稿。
