臭氧催化技術常用于空氣凈化、工業廢氣處理、污水處理等領域。在催化反應中，催化劑的選擇對反應的效率和反應產物的選擇性都有很大的影響，那么具有臭氧催化的金屬或金屬氧化物有哪些呢？它們又有什么特點呢？

催化劑本身是搬運工，只改變途徑，不改變結果。所謂吉布斯自由能<0反應才能進行。所以，它必須有結合-釋放物質的能力，現代催化劑多是結合至少兩個反應物，把他們拉到一起發生反應，典型例子如偶聯反應和不對稱氫化反應。傳統催化劑有些是只結合或者活化一個底物就可以的。通常，金屬作為主要活性中心的催化劑有多種形式，可以表現為零價態的金屬催化劑、具有可變價態的金屬氧化物催化劑、離子形式的金屬配合物催化劑等等。

對于能做催化劑的金屬而言，一般需要其有較豐富的電子性質，有較大容易變形的電子云，這樣利于接觸反應物，同時松散的電子云也利于反應的產物的離去。從機理上說，能作為催化劑的，需要滿足下面的條件。

1、軌道匹配, Ni，Rh，Ir等的d電子軌道能夠跟氫氣的成鍵軌道作用，可以發生氧化加成。

2、配位數立體構型符合，加氫一般是順式進行的，M-H跟C=C四個原子共平面，當然，對于釕-雙膦雙胺及類似體系是H-M-N-H-O=C的六元環平面結構。那么，要結合底物和氫氣，有時候還需要配體，至少需要4配位，而在催化不對稱氫化中，還需要有一定的立體構型，平面結構是不能滿足的，至少是五配位才可以，Ni，Rh，此外還有Ru，Ir，就是符合條件的典型金屬。而比如線性的Cu(I)，Au(I)則不適合。

3、從應用上說，作為工業的非均相催化劑，高活性低耗散和不易中毒是必須的，還需要一定的機械性能，基本上能夠用于臭氧的，多數金屬單質/金屬氧化物/金屬鹽的復合物，能夠滿足這些要求。均相催化劑一般而言比非均相催化劑活性稍差，只有Mn、Rh、Ru、Ti,一部分的Fe催化劑，能夠滿足高活性的要求，多應用在附加值較高而需求量相對較低的手性化合物的生產中。

過渡金屬具備電子能級的“先天優勢”，被認為擁有氧化還原催化的專利，過渡金屬元素是指元素周期表的d區和ds區（d區元素包括周期IIIB~VIIB、VIII族的元素。不包括鑭系元素和錒系元素。ds區包括元素周期表的IB~IIB族。這一系列金屬元素，也稱為過渡金屬。一般來說，這個區域包括10到12族的元素，但不包括f區（元素周期表中的元素58-71稱為4f內的過渡元素，元素90-103稱為5f內的過渡元素，它們都是f區元素的內部過渡元素）。

由于未填充的價層d軌道，過渡金屬與基于18電子規則的其他元素顯著不同。該區的許多元素在電子構型中具有許多單電子（錳族尤為突出，d5構型），因此更容易丟失，因此這些金屬具有可變的價態，以及一些（如鐵）各種穩定的金屬離子。過渡金屬可以顯示高達+7（錳）和+8（鋨）的氧化態。前者是由于單個電子的存在，后者是由于高能級而松散的。高氧化態存在于金屬的酸或酰基中（例如，VO43-釩酸鹽，VO22+釩基）。

過渡金屬Fe、Co、Ni（+2，+3價）、Mn（+2到+7價）、Pt、Pd、Ru等屬于化合價豐富，容易產生某些中間產物，具有較好的催化性能。這些金屬陽離子的d電子層容易失去電子或奪取電子，使得金屬及其氧化物具有較強的氧化還原性能。半導體性質使它們在電子傳遞和能量轉換過程中具有獨特的優勢。這種性質有助于優化催化反應的效率，提高催化劑的活性。同時Co、Ni、Mn、Ru等金屬氧化物中金屬離子的內層價軌道與外來軌道可以發生劈裂，這一特性使得過渡金屬催化劑在催化反應中能夠表現出更多的活性位點和反應路徑，從而提高了催化反應的多樣性和選擇性。因此，過渡金屬氧化物催化劑在工業催化領域具有更廣泛的應用范圍。

科力邇研制的系列臭氧催化劑

盡管過渡金屬具有“天然的優勢”，但同樣具有d電子的主族元素理論上也具有相應的氧化還原活性，自然也有作為氧化還原催化核心的潛能。更重要的是，其反應性同樣可以通過配體設計進行調控，以實現反應產率和選擇性的優化。因此我們可以預想，主族元素參與氧化還原催化反應的能力將會得到進一步發展，甚至有朝一日，主族元素的催化能力可以和過渡金屬相媲美。

例如主族元素碘，具有多種穩定價態，并且能夠和有機基團形成“不穩定”的共價鍵。這種共價鍵從某種程度可以視為一種特殊的配位鍵，因而碘具有氧化還原催化的潛力。

基于磷的不同價態的氧化還原電對的催化也逐漸得到發展，有研究者設計了一種三齒配體的三價膦催化劑。其空間構型為T型，旨在模仿三齒配體的過渡金屬配合物膦催化劑能夠像過渡金屬一樣，在垂直于配體平面的區域進行高效的共價鍵活化。除此之外，Bi金屬在配體的調控下也可以像過渡金屬一樣通過氧化態的變化來設計催化循環。

綜上所述，金屬配合物催化劑在現代化學工業中扮演著至關重要的角色，特別是在氧化還原催化反應中。過渡金屬因其獨特的電子結構和豐富的價態變化，成為催化劑設計的首選。然而，隨著化學研究的不斷深入，主族元素在催化領域的潛力也逐漸被挖掘和利用。通過巧妙的配體設計和反應條件的優化，主族元素催化劑的性能有望進一步提升，甚至在某些領域與過渡金屬催化劑相媲美。未來，隨著對催化機理的深入理解以及新材料的不斷涌現，催化劑的設計和應用將更加多樣化，為化學工業和相關領域帶來更多的創新和突破。