第七讲程序升温分析技术在催化剂表征中的应用

多相催化过程是一个极其复杂的表面物理化学过程，

这个过程的要紧参与者是催化剂与

反应分子，

因此要阐述某种催化过程，

首先要对催化剂的性质、

结构及其与反应分子相互作

用的机理进行深入研究。

分子在催化剂表面发生催化反应要经历很多步骤，

其中最要紧的是

吸附与表面反应两个步骤，

因此要阐明一种催化过程中催化剂的作用本质及反应分子与其作

用的机理，

务必对催化剂的吸附性能

（吸附中心的结构、

能量状态分布、吸附分子在吸附中

心上的吸附态等）

与催化性能

（催化剂活性中心的性质、

结构与反应分子在其上的反应历程

等）

进行深入研究。

这些性质最好是在反应过程中对其进行研究，

这样才能捕捉得到真正决

定催化过程的信息，而程序升温分析法（

TPA

T

）则是其中较为简易可行的动态分析技术之

一。当然除

TPAT

技术之外，还有原位红外光谱法（包含拉曼光谱法）

、瞬变应答技术与其

它原位技术均能够在反应或者接近反应条件下有效地研究催化过程。

程序升温分析技术（

TPAT

）在研究催化剂表面上分子在升温时的脱附行为与各类反应

行为的过程中，能够获得下列重要信息：

l

表面吸附中心的类型、密度与能量分布；吸附分子与吸附中心的键合能与键合态。

l

催化剂活性中心的类型、密度与能量分布；反应分子的动力学行为与反应机理。

l

活性组分与载体、活性组分与活性组分、活性组分与助催化剂、助催化剂与载体之间的相

互作用。

l

各类催化效应——协同效应、溢流效应、合金化效应、助催化效应、载体效应等。

l

催化剂失活与再生。

程序升温分析技术具体、常见的技术要紧有：

u

程序升温脱附（

TPD

）

将预先吸附了某种气体分子的催化剂在程序升温下，

通过稳固流速的气体

（通常为惰性

气体）

，使吸附在催化剂表面上的分子在一定温度下脱附出来，随着温度升高而脱附速度增

大，

通过一个最大值后逐步脱附完毕，

气流中脱附出来的吸附气体的浓度能够用各类适当的

检测器（如热导池）检测出其浓度随温度变化的关系，即为

TPD

技术。

u

程序升温还原（

TPR

）

程序升温还原（

TPR

）是在

TPD

技术的基础上进展起来的。在程序升温条件下，一种

反应气体或者反应气体与惰性气体混合物通过已经吸附了某种反应气体的催化剂，

连续测量

流出气体中两种反应气体与反应产物的浓度则便能够测量表面反应速度。

若在程序升温条件

下，

连续通入还原性气体使活性组分发生还原反应，

从流出气体中测量还原气体的浓度而测

定其还原速度，则称之为

TPR

技术。

u

程序升温氧化（

TPO

）

与

TPR

类似，连续通入的反应气若为氧气，即为程序升温氧化技术（

TPO

）

。

u

程序升温硫化（

TPS

）

程序升温硫化（

TPS

）是一种研究催化剂物种是否容易硫化的有效与简便方法。

u

程序升温表面反应（

TPSR

）