现代催化剂表征方法简介

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1、第六章催化剂表征的现代物理方法简介本章主要内容：气相色谱技术6.1热分析法2X射线衍射分析方法6.3光谱法6.4显微分析法6.5热分析法6.2能谱法6.66.1气相色谱技术气相色谱是催化剂表征中常用的技术，特别是在研究催化剂的表面性质，如吸附和脱附过程等。1.程序升温脱附法（TPD-temperatureprogrammeddesorption）基本原理：将已吸附了吸附质的吸附剂或催化剂按预定的升温程序（如等速升温）加热，得到吸附质的脱附量与温度关系图的方法。主要用于考察吸附质与吸附剂或催化剂之间的相互作用情况，可获得催化剂表面性质，活性中心，表面反应等方面的信息。装置流程图

2、：TPD技术原理催化剂经预处理将表面吸附气体除去后，用一定的吸附质进行吸附，再脱去非化学吸附的部分，然后等速升温。当化学吸附物被提供的热能活化，足以克服逸出所需要越过的能垒（脱附活化能）时，就产生脱附。由于吸附质和吸附剂的不同，吸附质与表面不同中心的结合能不同，所以脱附的结果反映了在脱附发生时的温度和表面覆盖度下，脱附过程的动力学行为。TPD曲线的形状峰大小出现最高峰的温度Tm等与催化剂的表面性质和反应性能有关程序升温脱附峰TPD曲线TPD过程的影响因素初始覆盖度载气流速升温速率初始覆盖度对多中心TPD曲线的影响载气流速对TPD曲线的影响升温速率对TPD曲线的

3、影响图中数字为缩放倍数在催化研究中的应用①表征固定酸催化剂表面酸性质②研究金属催化剂的表面性质③研究脱附动力学参数NH3-TPD技术吸附质和载气：高纯氮，氨气方法要点：①样品准备：催化剂压片破碎筛选40-60目，0.1-0.2g；②热吹扫预处理净化样品表面；③吸附氨气并确认化学吸附饱和；④除掉所有非化学吸附氨气；⑤程序升温脱附在稳定的载气流中，以一定的升温速率进行；⑥注意样品的热稳定性。根据三种沸石分子筛的TPD谱图，试分析它们的酸性质，并排序：(1)酸强度(2)酸量(3)酸中心的均匀性提示：氨气的吸附首先从强酸中心开始，而TPD过程却是从弱酸中心对应的弱吸附键断裂开始。

4、动动脑，想一想NH3-TPD方法的特点:最适合表征多相催化剂的表面酸度分布不能区别B、L酸2.程序升温还原法（TPR）基本原理：在程序升温的过程中，利用H2还原金属氧化物时还原温度的变化，可以表征金属催化剂金属间或金属-载体间的相互作用及还原过程。TPR法灵敏度高，能检测出只消耗10-8molH2的还原反应。TPR曲线的形状峰的大小峰顶温度Tm与催化剂的组成和可还原物种的性质有关TPR曲线Tm的高低反映了催化剂上氧化物种被还原的难易程度，峰形曲线下包含的面积大小正比于该氧化物种量的多少。在催化研究中的应用TPR典型的试验过程：5%~15%（体积分数）的H2/N2混合气，

5、升温速率1~20K/min，催化剂样品量1.0g，载气流速100ml/min。主要用于负载金属与载体间相互作用的研究。CuO-PdO/CeO2与PdO/CeO2相比，峰温提高，峰形不变;CuO-PdO/CeO2与CuO/CeO2相比，明显不同。结论：CuO的存在抑制了PdO的还原PdO的存在促进了CuO的还原动动脑，想一想3.程序升温氧化（TPO）催化剂在使用过程中，活性逐渐下降，其中原因之一是催化剂表面有积碳生成，TPO法是研究催化剂积碳生成机理的有效手段。TPO的原理——研究积碳利用不同形态碳有不同氧化温度的特性，采用程序升温氧化法，用氧气以一定流速通过样品，用

6、热导池检测器对不同碳物种氧化后生成的二氧化碳气体谱图进行测量，可以对表面积碳进行定性和定量分析。本章主要内容：气相色谱技术6.12X射线衍射分析方法6.3光谱法6.4显微分析法6.5热分析法6.2能谱法6.66.2热分析法一、差热分析法（DTA-DifferentialThermalAnalysis）1.定义：在程序控制温度下，测量物质和参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。当试样发生任何物理（如相转变、熔化、结晶、升华等）或化学变化时，所释放或吸收的热量使试样温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在DTA曲线上得到放热或吸收峰。差热曲线是由差热分析得到的记录曲线。纵坐标是

7、试样与参比物的温度差∆T，向上表示放热反应，向下表示吸热反应，横坐标为T（或t）。2.DTA曲线提供的信息：峰的位置峰的形状峰的个数⑴峰的位置差热分析曲线反映的是过程中的热变化，所以物质发生的任何物理和化学变化，其DTA曲线上都有相对应的峰出现。峰的位置通常用起始转变温度(开始偏离基线的温度)或峰温(指反应速率最大点温度)表示。因此,峰温可作为鉴别物质或其变化的定性依据。同一物质发生不同的物理或化学变化，其对应的峰温不同；不同物质发生的同一物理或化学变化，其对应的峰温也不同。峰温⑵峰面积实验表