Some fundamental factors determining the catalytic activity of oxides towards oxidation of benzene

Hydro-Quebec Institute of Research Varennes, P.Q., Canada.

Abstract

The activity spectrum of nineteen oxides towards the oxidation of benzene is analysed theoretically, by using the experimental data of Germain and Laugier. It is shown that the plot of catalytic activity against the metal oxide bond energy (i.e., the heat of atomisation per equivalent) is volcano shaped consistent with the Sabatier-Balandin interpretations of heterogeneous catalysis. The catalytic activity of the oxides when plotted against their estimated band gaps (= twice the exothermic value of the heat of formation per equivalent) roughly shows two groups of oxides, for each of which the activity decreases with the increasing band gap. It is further shown that the reciprocal relationship between the catalytic activity and band gap is exhibited by oxides for a variety of oxidation reactions, e.g., oxidation of toluene, aliphatic hydrocarbons, hydrogen and carbon- monoxide.

Résumé

Les données expérimentales de Germain et Laugier permettent une analyse théorique des spectres d’activité de 19 oxydes dans l’oxydation du benzène. La courbe de l’activité catalytique en fonction de l’énergie de liaison de l’oxyde métallique (c’est-à-dire la chaleur d’atomisation par équivalent) a le profil d’un volcan, en accord avec les hypothèses de Sabatier-Balandin sur la catalyse hétérogène. Si l’activité catalytique est exprimée en fonction de l’écart entre bandes (soit deux fois la valeur exothermique par équivalent de la chaleur de formation), on trouve en gros deux groupes d’oxydes : pour chacun, l’activité décroît quand l’écart entre bandes croît. On montre enfin que la relation inverse entre l’activité catalytique des oxydes et l’écart des bandes s’applique à diverses réactions d’oxydation, par exemple celles du toluène, des hydrocarbures aliphatiques, de l’hydrogène et de l’oxyde de carbone.