元素周期表是根據元素周期律將已知的元素按原子序數(shù)增加的次序排成的表。元素的電離焓、電子親和焓、原子半徑、電負性、金屬性，單質的熔點、沸點、密度、氧化物及其水合物的酸堿性等性質，隨著原子序數(shù)遞增都呈現(xiàn)周期性的規(guī)律變化。元素周期表將元素分為主族、副族及過渡元素等。在100多種元素中，金屬約占80％，在已知的催化反應中，70％以上涉及某種形式的金屬組分。圖1-3示出了各種可用作催化劑的元素的使用頻度。長方框中斜線越多表示其用作催化劑的頻度越高，其中左上角斜線表示單質用作催化劑的頻度，右下角斜線表示其氧化物及鹵化物用作催化劑的頻度。非過渡元素的堿金屬（Li、Na、K等）及堿土金屬（Be、Mg、Ca等）的能帶結構是由s、p能帶重疊而成，填入s電子，無d 電子及d空穴，逸出功較?。?eV左右），易給出電子而不易接受電子。由于易于吸附外來物種，形成牢固的結合，反應性較大，因此很少用作催化劑的活性組分。它們的化合物幾乎不具備氧化還原的催化性質，但卻具有酸堿催化性能。而排列在過渡元素以后的一些元素，如In、Si、Ge、Sn、Pb等，也是只有s、p能帶，化學吸附能力小，也很少用作催化劑的活性組分。

圖1-3 元素及其化合物用作催化劑的使用頻度

      過渡元素通常指長周期表4、5、6周期中IIIB～V族元素。它們都是金屬，具有密度大、熔點高、蒸氣壓低等特點。過渡元素具有易轉移的d電子（或f電子），容易發(fā)生電子的傳遞過程。這類元素的單質及離子（氧化物、鹵化物、硫化物及其配合物等）都具有較好的氧化還原催化性能，而它們的離子有時還具有酸堿催化性能。

過渡金屬的催化活性源自其半充滿的d能帶結構，d能帶上有半充滿的空穴，具有從外部接受電子和被吸附分子成鍵的傾向，因而d空穴的多少會影響吸附性能及催化性能。根據價鍵理論，可以用d百分數(shù)（d％）來定量描述過渡金屬的d電子狀態(tài)。d％是指d電子參加形成金屬鍵的分數(shù)，或成鍵軌道中d軌道的成分。表1-2示出了過渡元素的金屬鍵中的d％數(shù)值。金屬鍵的d％越大，表示d能帶中的d電子越多，空穴越少。對一些催化反應進行考察表明，金屬催化劑的活性要求d％在一定范圍內，d％大，表示d軌道未充滿程度大，吸附能力強，會導致不可逆吸附，不利于反應產物生成。如金屬加氫催化劑的d％處于40％～50％時，其催化活性最好。

表1-2 過渡元素的金屬鍵中的d％數(shù)值

      根據電子理論，常用的固體催化劑可分為導體催化劑（多數(shù)為金屬催化劑，如Fe、Ni、Pd、Pt 等），半導體催化劑（多數(shù)為過渡金屬氧化物及硫化物，如NiO、ZnO、、等）和絕緣體催化劑（多數(shù)為金屬氧化物，如MgO等）。

屬于絕緣體的氧化物，同氧的相互作用少，一般不作為氧化催化劑使用，但它們與水的相互作用較大，對脫水反應有催化活性。

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