催化表征之程序升温课件.ppt

1、 应用近代物理方法和实验技术，对催化剂的表面及体相结构进行研究，并将它们与催化剂的性质性能进行关联.探讨催化材料的宏观性质与微观结构之间的关系，加深对催化材料的本质的了解定义：当固体物质或预吸附某些气体的固体物定义：当固体物质或预吸附某些气体的固体物 质，在载气流中以一定的升温速率加热质，在载气流中以一定的升温速率加热 时，检测流出气体组成和浓度的变化或时，检测流出气体组成和浓度的变化或 固体固体(表面表面)物理和化学性质变化的技术。物理和化学性质变化的技术。可分为：程序升温还原可分为：程序升温还原(TPR)程序升温脱附程序升温脱附(TPD)程序升温表面反应程序升温表面反应(TPSR)程序升温

2、氧化程序升温氧化(TPO)程序升温分析技术程序升温分析技术程序升温分析技术（动态分析）程序升温分析技术（动态分析）催化性能：l催化剂活性中心的性质、结构、l反应分子在其上的反应历程TPAT在研究催化剂表面上在升温时的脱附行为过程中，可以获得以下重要信息：l表面吸附中心的类型、密度和能量分布；吸附分子和吸附中心的键合能和键合态。l催化剂活性中心的类型、密度和能量分布；反应分子的动力学行为和反应机理。l活性组分和载体、活性组分和活性组分、活性组分和助催化剂、助催化剂和载体之间的相互作用。l各种催化效应-协同效应、溢流效应、合金化效应、助催化剂效应、载体效应等。程序升温脱附（程序升温脱附（TPD）也

3、叫热脱附技术，是一种研究催化剂表面性质及表面反应特性的有效手段.可以了解吸附物与表面之间成键的本质。吸附在固体表面上的分子脱附的难易，主要取决于这种键的强度，热脱附技术还可从能量角度研究吸附剂表面和吸附质之间的相互作用。基本原理基本原理 热脱附实验结果不但反映了吸附质与固体热脱附实验结果不但反映了吸附质与固体 表面之间的结合能力，也反映了脱附发生表面之间的结合能力，也反映了脱附发生 的温度和表面覆盖度下的动力学行为。的温度和表面覆盖度下的动力学行为。脱附速度脱附速度Wigner-Polanyi方程：方程：N=-Vm d/dt=A n exp-Ed()/RTVm 为单层饱和吸附量，为单层饱和吸附

4、量，N为脱附速率，为脱附速率，A为脱为脱附频率因子，附频率因子，为单位表面覆盖度，为单位表面覆盖度，n为脱附级为脱附级数，数，Ed()为脱附活化能，为脱附活化能，T为脱附温度。为脱附温度。优点：优点：1 1、设备简单、设备简单2 2、研究范围大、研究范围大3 3、考察吸附分子和固体、考察吸附分子和固体表面的反应情况表面的反应情况 实验装置和谱图定性分析实验装置和谱图定性分析1、流动态实验装置、流动态实验装置2、真空实验装置、真空实验装置三部分组成：三部分组成：a、气体净化与切换系统、气体净化与切换系统 b、反应和控温单元、反应和控温单元 c、分析测量单元、分析测量单元 载气：高纯载气：高纯He

5、或或Ar；催化剂装量：催化剂装量：100mg左右；左右；升温速率：升温速率：5 25K/min；监测器：监测器：TCD和和MS流动态流动态TPD实验系统实验系统真空真空TPD试验体系试验体系工作压力：工作压力：10-3Pa,可以排除水分和空气的干扰可以排除水分和空气的干扰.TPD定性分析：定性分析：1、脱附峰的数目表征吸附在固体物质表面不同吸附强、脱附峰的数目表征吸附在固体物质表面不同吸附强 度吸附物质的数目；度吸附物质的数目；2、峰面积表征脱附物种的相对数量；、峰面积表征脱附物种的相对数量；3、峰温度表征脱附物种在固体物质表面的吸附强度。、峰温度表征脱附物种在固体物质表面的吸附强度。实验条件的选择和对实验条件的选择和对TPD的影响的影响干扰因素：传质干扰因素：传质(扩散扩散)和再吸附的影响。和再吸附的影响。6个参数：个参数：1、载气流速、载气流速(或抽气速率或抽气速率)2、反应气体、反应气体/载气的比例载气的比例(TPR)3、升温速率、升温速率 4、催化剂颗粒大小、催化剂颗粒大小 5、吸附、吸附(反应反应)管体积和几何形状管体积和几何形状 6、催化剂、催化剂“体积体积/质量质量”比比