Raney鎳是一種用於許多工業生產，由鎳鋁合金組成的細晶粒固體催化劑。它是1962年美國工程師默裡.雷尼（Murray Raney）[1]用作於工業生產中菜油加氫的一種代替催化劑。現在Raney鎳作為一種異構催化劑，在各種有機合成、加氫反應中被廣泛應用。
Raney鎳的製備，是用鎳鋁合金與氫氧化鈉一起反應制得。這種方法，就是所謂的“活化”，把大部分的鋁溶解在合金以外。 這種多孔的結構擁有很大面積，能給予較高的催化活性。 一個典型的催化劑中鎳大約佔85％（質量分數），相應的是每兩個原子鎳就有一個原子鋁與之構成催化劑。鋁有利於維護孔的結構，對催化劑整體有幫助。
1. 合金製備
合金的工業化製備方法是通過熔化活性金屬 （鎳催化劑是在這種情況下製得，但鐵、銅等“骨架型”催化劑也可以用相同的方法制備）和鋁在一個坩堝內淬火，由此產生熔體，然後把它粉碎成細粉[2]。這粉末根據實際應用催化劑的需要而設定在一個特定的粒子尺寸範圍內。
最初的合金構成是很重要的，因為淬火過程中會產生的不同階段的鎳、鋁合金，它們有不同的浸出性能。 這可能導致最終產品的孔隙度存在顯著不同。 常見的最初工業合金包含著同等質量百分比的鎳和鋁，順便提一句，這個質量百分比與默裡.雷尼當時發現的Raney鎳是一樣的。
在淬火過程中，少量的第三金屬，例如鋅或鉻 ，可能會增加。 這樣做是為了提高催化活性，因此這種方法，就是第三金屬所謂的“促進反應” [2]。 請注意，第三金屬會改變合金及其所造成的相圖 ，從而導致活化過程中產生不同的淬火和浸出性能。
2. 激活作用
多孔結構催化劑的性能，源自使用氫氧化鈉溶液選擇性脫除鋁的合金粒子。 簡單的浸出反應表示為以下化學方程式 ：
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
形成鋁酸鈉溶液 （ Na[Al(OH)4] ）要求使用高濃度的氫氧化鈉溶液，以避免形成的氫氧化鋁，產生沉澱物[2]。因此氫氧化鈉的解決方案是使用濃度多達5mol的溶液。 沉澱物可能會造成阻塞毛孔，在形成的期間浸出，並隨後與之損失， 減少表面積 ，從而減少催化劑的效率和活性。殘餘鋁對鎳有供電子作用，並有向催化劑表面擴散的傾向，鋁的優先氧化對鎳有保護作用。鋁氧化物雖然對比表面積和孔容積沒有貢獻，但過多除去會導致催化劑破碎，熱穩定性下降。可見無論是殘餘鋁還是鋁氧化物的丟失都會引起活性中心的氧化或是破壞，從而使催化劑活性降低。
溫度對催化劑的表面性能和浸出合金有著顯著的影響。 常用的溫度範圍在70至100℃時，隨著浸出溫度的增高[3]，Raney鎳的表面積（包括一般骨架催化劑）呈下降趨勢。 這是由於合金類似於燒結那樣的結構重排，其中合金將開始堅持向對方在較高的溫度轉移導致多孔結構的損失。
在儲存之前，催化劑在常溫下應該用蒸餾水清洗，以消除任何剩餘的雜質，如鋁酸鈉溶液。無氧水是首選的存儲溶劑，以防止催化劑被氧化，否則會加速其老化的過程，結果減少催化劑的活性。[2]
3. 性 能
Raney鎳宏觀看起來像精細分割的灰色粉末。在顯微鏡下，每個粒子下的粉末，看起來像一個三維網格 ，其中各種不規則形狀和大小孔絕大多數是在浸出過程中產生的。 Raney鎳是有著顯著的熱和結構穩定性，以及已經有一個較大的表面積。這些特性的直接結果是讓催化劑在活化過程中有助於產生一個相對較高的催化活性。
在活化過程期間，大部分的鋁是以NiAl階段這一形式浸出，當然合金也有存在NiAl3和Ni2Al3等階段。 鋁從這些階段中撤除出來，而不是其他階段，是由於被稱為“選擇性浸出”。它已經表明，該NiAl階段提供了催化劑的結構和熱穩定性。 因此催化劑對分解是相當有抵抗性（“失活” ，俗稱“老化” ）[3] 。 這種阻力，使Raney鎳容易長期被儲存和重複使用;不過，實驗室使用通常首選新鮮製備。 基於這個原因，商業中Raney鎳的使用，通常有 “活躍”和“相對不活躍”兩種形式。以前，由於雷尼鎳催化劑在空氣中易自燃，使微觀測試很困難，許多工作僅限於積存氫與活性之間的研究，關於積存氫的量，存在狀態以及與催化活性的關係，提出各種觀點，一度認為積存氫是支配雷尼鎳催化劑活性的重要原因。
表面積的測量通常是使用一種氣體 ，這種氣體將優先吸附在金屬的表面，如氫氣 。 使用這種類型的測量，它已經表明，幾乎所有暴露的面積都有一個原子鎳在催化劑的表面。 因為，鎳是催化劑的活性金屬，一個大型的鎳表面就像是一大型水面，供反應同時發生，這是可以增加催化劑的活性。 在商業上可用的每一克Raney鎳催化劑上就有一個大約面積為100平方米的鎳表面。[2]
較高的催化活性（由於結構的多孔性而產生的活性），再加上實際催化活化過程中氫容易被吸附，使得Raney鎳在許多加氫反應中成為一個有用的催化劑，當加氫反應完畢後表面的物質會擴散離去，催化劑能繼續使用。 催化劑的結構和熱穩定性（即，事實上，它在高溫下不分解），允許其在各種各樣的反應條件使用下。 另外， Raney鎳的溶解度在最常見的實驗室溶劑中是微不足道的 ，除礦物酸之外例如鹽酸 ，而其相對的高密度（ 67g/cm3 ） ，也有利於它反應完成進行液相分離。
4. 應 用
Raney鎳在大量的工業加工和在有機合成反應中使用，因為它在室溫下的穩定性和較高的催化活性。
工業應用
在實際生產中的例子，使用Raney鎳在工業中是表現以下反應，其中例如苯加氫反應生成環己烷。對六方結構的苯環加氫是很難通過其他化學手段實現的，但可以通過使用Raney鎳。其他非均相催化劑，如那些鉑族元素的使用 ，可用於達到類似的效果，但其生產成本往往比Raney鎳昂貴得多。 之後，這種反應所得到的環己烷，可用於合成己二酸 ，還可作為工業生產聚酰胺的原料例如尼龍。
減少官能團
這是通常用於在減少化合物的不飽和鍵，如炔烴 ， 烯烴[10] ，腈[11] ，二烯烴[12] ， 芳烴和羰基化合物。 此外， Raney鎳也會減少官能團，如肼[13] ， 硝基團體和亞硝胺[14]。（進一步的資訊，請參閱減少硝基化合物）。研究也發現，它還能使用在還原烷基化胺[15]和胺醇上 。在減少碳碳雙鍵的反應中 ， Raney鎳可以達到同時加氫。
5. 安 全
由於其反應時產生大面積和高載量的氫氣，因此乾燥，活化Raney鎳應在一個充滿惰性氣的環境下妥善處理。 Raney鎳是典型的供應作為一個50 ％的水泥漿在水中 。 Raney鎳的護理應採取措施並避免在暴露空氣中。 即使反應後， Raney鎳包含大量的氫氣，將點燃時，當暴露在空氣中。
Raney鎳燃燒時會產生有害煙霧，因此當使用時建議帶上一個防毒面具，滅火火災所造成的。 此外，暴露在空氣中的Raney鎳可能會刺激呼吸管道 ，如果吸入，會導致鼻腔及肺成因肺纖維化損傷。攝取進體內可能會導致驚厥和腸道疾病。 它也可以引起眼睛和皮膚刺激過敏。 長期接觸可能會導致肺炎和其他的跡象， 如皮膚敏，類似皮膚疹一樣（ 俗稱“鎳癢” ）[16] 。
鎳也被評為一個可能會令人類致癌或致畸型的物質 ，由國際癌症研究機構歐盟第2組評定 （IARC Group 2B, EU category 3 ），而吸入的三氧化二鋁顆粒是會引起破傷風疾病 。 護理時應採取處理所用的這些原料是在實驗室製備Raney鎳。 此外，活化的Raney鎳所產生大量的氫氣作為一個副產品，這亦是高度易燃的 。
6. 發 展
1909年，默利.雷尼從肯塔基大學畢業，併成為一名機械工程師 。 1915年，他加入了在美國田納西州的瞭望臺石油、煉油公司（Look out Oil and Refining Company），並負責安裝電解槽，該電解槽用於生產被用來在氫化植物油的氫 。 在這段時間內業界使用鎳催化劑製備出鎳（ II ）氧化物 。 由於相信存在更好的催化劑可以產生，在往下的大約21年內，他開始進行獨立研究，同時他仍然在瞭望石油工作。 1924年，1:1 比例的鎳/ 硅合金製作成功，後經與氫氧化鈉反應，被裁定為比之前催化劑的活性高5倍，成為棉籽油加氫中使用的最好的催化劑，這一項專利發表在1925年12月。[17]
隨後，骨架催化劑製作了1:1的鎳/ Al合金以下的程序，一個類似用於鎳-硅的催化劑。 他發現，由此產生的催化劑，更是積極和有效，因此又在1926年申請了。 人們可能會感興趣地注意到，雷尼的選擇鎳鋁的比率是偶然得出來的，並沒有任何真正的科學依據。 然而，這是首選的生產Raney鎳催化劑合金的構成，直到目前還在使用中。
隨著樹脂加氫技術的不斷髮展，其催化劑技術也在不斷趨於完善。隨後，Raney鎳的發展，還包括其他合金系列，其中最顯著的包括銅 ，釕和鈷 。 進一步研究表明，加入少量的第三金屬和二元合金將促進催化劑活性。 一些廣泛使用的推動者是鋅，鉬和鉻。
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