程序升温技术在催化研究中的应用

（华工）催化剂表征考试题库一、写出下列催化剂表征技术或仪器的中文全称，理解基本原理AFM——原子力显微镜是利用原子之间的范德华力作用来呈现样品的表面特性。

STM——扫描隧道显微镜利用量子理论中的隧道效应UV-Vis——紫外－可见吸收光谱，分子的紫外-可见吸收光谱是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析的一种常用的光谱分析方法。

GC- MS——气相色谱－质谱联用，GC 把化合物分离开然后用质谱把分子打碎成碎片来测定该分子的分子量XPS——具有足够能量的X射线与样品相互作用， X光子把全部能量转移给原子或分子中的束缚电子，使不同能级的电子以特定几率电离。

检测不同能量的光电离电子的强度分布称为X-射线光电子能谱（XPS）DTA——差热分析法，是以某种在一定实验温度下不发生任何化学反应和物理变化的稳定物质（参比物）与等量的未知物在相同环境中等速变温的情况下相比较，未知物的任何化学和物理上的变化，与和它处于同一环境中的标准物的温度相比较，都要出现暂时的增高或降低。

AES——俄歇电子能谱：是一种利用高能电子束为激发源的表面分析技术. AES分析区域受激原子发射出具有元素特征的俄歇电子。

原子发射光谱——是利用物质在热激发或电激发下，每种元素的原子或离子发射特征光谱来判断物质的组成，而进行元素的定性与定量分析的。

FTIR——傅立叶变换红外光谱TPR——程序升温还原TPD——程序升温脱附ESR——电子自旋共振NMR——核磁共振XAFS——X射线吸收精细结构谱离子散射谱（Ion Scattering Spectroscopy，ISS）电子能量损失谱（Electron Energy Loss Spectroscopy，EELS）二次(或次级)离子质谱 (SIMS)原子吸收光谱 (Atomic Absorption Spectroscopy，AAS)X射线能量分散谱 (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS)电子顺磁共振谱 (Electron Paramagnetic Resonance，EPR)诱导等离子耦合 (Inductive Coupled Plasma，ICP)低能离子散射谱LEISS扫描探针显微镜 SPM场离子显微镜（FIM）漫反射红外光谱（DRIFT）热重分析法（TG）微分热重分析（DTG）差示扫描量热（DSC）释出气体分析（EGA）紫外光电子能谱（Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy，UPS）二、电子显微镜技术是表征催化剂形貌、颗粒大小、成份（电子显微镜与能谱联用）等的重要手段，对无机、有机，导体、非导体材料都非常有效，常用的电子显微镜有SEM、TEM二种，他们各有何优缺点？对实验制备的SiO2纳米微球负载的CuO催化剂进行SEM、TEM表征，上机分析前样品需要分别进行怎样的处理操作？实验可以得到哪些信息？SEM的优点是：直接观察样品的形貌；立体感较强，对比度较高；观察范围从nm到mm，比较广，对于小于样品台的样品（几个cm）可以不破坏样品进行观察，方便与EDS能谱联用进行样品的成份分析。

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。

如今，随着世界经济的不断发展，各行各业对于产品质量的要求也在不断提高。

在化工领域中，提高产品质量和降低生产成本是企业永恒的话题。

而在化工生产过程中，参数设定和监控是至关重要的环节。

1. 什么是TPD程序？TPD程序，即“热程序脱附”，是化工生产过程中常见的一种分析方法。

它通过加热样品，观察其在不同温度下释放出的气体，来分析样品的组成和性质。

TPD程序广泛应用于催化剂、电化学材料、高分子材料等领域的研究和生产中。

2. TPD程序升温脱附氧气峰在TPD程序中，升温脱附氧气峰是一个重要的参数。

它反映了样品中氧气的释放情况，直接影响着样品的氧化性能和化学反应活性。

准确测定和控制升温脱附氧气峰的面积对于评估样品的性能具有重要意义。

3. TPD程序升温脱附氧气峰面积的影响因素升温脱附氧气峰面积受到多种因素的影响，主要包括样品的成分、结构和制备工艺，以及TPD程序的实验条件和参数设置。

在研究和生产过程中，需要综合考虑这些因素，精确控制样品的制备和实验条件，以确保获得准确可靠的升温脱附氧气峰面积数据。

4. 如何准确测定TPD程序升温脱附氧气峰面积？为了准确测定TPD程序升温脱附氧气峰面积，需要注意以下几个方面：（1）选择合适的样品制备方法，确保样品的成分和结构符合要求；（2）合理设置TPD程序的实验条件，包括加热速率、气体流量、检测方法等；（3）精确控制实验过程中的温度和压力，以保证实验结果的准确性和可重复性；（4）结合实验数据和理论模型，进行数据处理和分析，得出准确的升温脱附氧气峰面积。

5. TPD程序升温脱附氧气峰面积在化工生产中的应用TPD程序升温脱附氧气峰面积作为评价样品氧化性能和化学反应活性的重要参数，在化工生产中具有广泛的应用前景。

通过准确测定和控制升温脱附氧气峰面积，可以指导生产工艺的优化和改进，提高产品的质量和性能。

它还可以为新材料的研发和应用提供重要的实验数据和技术支持。

TPD程序升温脱附氧气峰面积作为化工生产过程中的重要参数，对于评价样品的性能和指导生产工艺具有重要意义。

第33卷第11期辽 宁 化 工V ol.33,N o.11 2004年11月Liaoning Chemical Industry N ovember,2004化学吸附仪在催化剂研制过程中的应用杨春雁,张喜文,凌凤香(中石化抚顺石油化工研究院,辽宁抚顺113001)摘 要:　化学吸附仪具有多种表征功能,能够对新鲜催化剂进行TPD、TPR、TPS、TPSR、单点BET等研究,也可对失活催化剂、干燥催化剂进行TPO研究。

利用化学吸附仪中的脉冲吸附技术还可对催化剂的酸性、表面金属分散度、金属与载体的相互作用等进行研究。

这些分析方法的使用,在催化剂研制过程中起着至关重要的作用。

关　键　词:　化学吸附仪;TPD;TPR;TPO;TPS;TPRS;脉冲吸附中图分类号:　T Q051.8+6 文献标识码:　A 文章编号:　10040935(2004)11064504 催化剂是炼油和化工技术的核心,研制高性能的催化剂,对石化行业提高经济效益和产品质量,以及适应日益激烈的国际竞争和日益提高的环保标准具有举足轻重的意义。

为了阐明催化剂在催化过程中的作用本质及反应分子与其作用的机理,必须对催化剂的吸附性质(吸附中心的结构、吸附分子在吸附中心上的吸附等)和催化性能进行深入研究,这样才能捕捉到决定催化过程的信息。

动态分析技术(程序升温技术)作为一种原位表征技术,可以在反应或接近反应的条件下有效的研究催化过程,而化学吸附仪是一款用于动态程序升温研究的重要仪器,它能够对新鲜催化剂进行程序升温脱附(TPD)、程序升温还原(TPR)、程序升温硫化(TPS)、程序升温表面反应( TPSR)和单点BET等研究,也可对失活催化剂、干燥催化剂进行程序升温氧化(TPO)研究。

利用化学吸附仪的脉冲吸附技术还可对催化剂的酸度、酸分布、活性金属分散度、金属与载体的相互作用等进行研究[1]。

化学吸附仪可以分为常压和高压两种类型,其中高压化学吸附仪可以更加精确的反映实际的反应条件,而常压化学吸附仪则具有维护简单、操作简便、耗时短等优点。

程序升温脱附技术在催化剂表征中的应用催化剂是一类能够增强化学反应速率的物质，在各个领域中都有广泛的应用。

为了更好地了解和优化催化剂的性能，研究人员常常需要进行催化剂的表征分析。

而程序升温脱附技术，作为一种高效准确的表征手段，已经被广泛应用在催化剂研究中。

程序升温脱附技术(Programmed Temperature Desorption, PTD)是一种利用温度改变来研究固体表面物质脱附行为的技术。

它基于物质在不同温度下脱附的特性，通过改变脱附温度和脱附速率，来探测催化剂中的活性物种以及与之相互作用的性质。

此技术使得研究人员可以定量地了解催化剂在实际应用过程中的性能和稳定性。

在催化剂表征中，程序升温脱附技术广泛应用于以下几个方面：1. 表面活性物种的检测和表征程序升温脱附技术可以通过改变脱附温度和脱附速率来检测和表征催化剂表面活性物种。

例如，通过控制升温速率，可以观察到不同温度下脱附的物种。

这些物种可以是吸附剂、中间体或者反应产物等。

通过定量分析这些物种的脱附行为，可以揭示催化剂的反应机理和催化性能。

2. 表面活性位点的定量分析程序升温脱附技术可以通过将催化剂与已知气体相互作用，来定量分析催化剂表面的活性位点数量。

通过测定吸附气体在不同温度下的脱附量，可以计算出催化剂表面的活性位点密度。

这对于了解催化剂在反应中的活性和选择性具有重要意义。

3. 催化剂的表面离子态分析催化剂表面的离子态对于催化剂的性能和稳定性具有重要影响。

程序升温脱附技术可以通过对催化剂中离子物种的脱附行为进行研究，来了解催化剂表面的离子态分布和性质。

这对于优化催化剂的性能和设计新型催化剂具有重要意义。

4. 表面活性物种与载体相互作用的研究在一些催化剂中，载体与活性物种之间的相互作用对于催化剂性能和稳定性起到至关重要的作用。

程序升温脱附技术可以通过改变脱附温度和脱附速率来研究载体与活性物种之间的相互作用。

这有助于优化载体的选择和改进催化剂的稳定性。

常见催化机理研究方法据笔者多年读文献的经验,Science、Nature、Nature大子刊上催化类的文章要不就是能做出破世界纪录的催化性能，要不就是能把反应机理研究的十分透彻.前者属于可遇不可求,而后者则是考验科研工作者的功底和钱包。

机理研究不仅需要巧妙的实验设计，还需要先进的仪器设备。

笔者对于能在这些顶级期刊上发文的大牛是“高山仰止,景行行止，虽不能至，然心向往之”。

因此，总结一下常见的催化机理研究方法。

限于水平,必有疏漏之处,欢迎大家补充。

笔者把机理研究分为三个大方面，分别是动力学分析、谱学分析和理论计算.下面对这三个方面进行详细介绍。

部分研究方法笔者暂时没找到相关文献.一、动力学分析1）改变反应物A→B→C图1. 反应示意图假如一个反应如图1所示。

当要验证该路径时，我们可以把中间产物B作为反应物重新做反应。

如果反应无活性，则说明反应不走该路径。

当反应有活性，且反应速率比原反应高时，说明整个反应的限速步骤在A→B之间；若反应速率和原反应差不多时，说明整个反应的限速步骤在B→C之间.但要注意，在做反应时，需要保持转化率尽可能低，使反应速率尽量不受反应物浓度的影响。

表1。

不同Co基催化剂十六烷裂解的性能(Angew. Chem。

Int。

Ed。

2015, 54, 4553—4556）。

厦大的王野教授在其费托反应制柴油的工作(Angew。

Chem. Int。

Ed。

2015, 54, 4553—4556）中,认为柴油选择性之所以能突破ASF分布,是因为载体上存在酸性位点，酸性位点可以把长链烷烃裂解.在证明催化裂解机理的时候，他用十六烷代表长链产物作为反应物，发现Co/Na—meso-Y不仅裂解的转化率高(94%)，裂解产物在柴油端(C10-15）的选择性也高(85％）。

而Co/H—meso-Y的裂解能力太强，裂解产物主要集中在汽油端（C5—9，65%)。

2) 改变分压改变反应气体的分压,可以得到催化反应的级数，从而判定反应路径.厦大的郑南峰教授在、CO和其Fe-OH-Ni界面问题的经典文章（Science， 2014， 344， 495-499）中,通过改变O2是1级反应，对CO是0级反应.该反应与理论计算的机理一致，即水的分压，发现催化剂对O2活化。

《锰铁催化剂的制备及其NO中低温催化氧化性能研究》篇一锰铁催化剂的制备及其在NO中低温催化氧化性能研究一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中氮氧化物（NOx）的排放已成为大气污染的主要来源之一。

锰铁催化剂因其具有较高的催化活性和稳定性，被广泛应用于NOx的催化氧化过程中。

本文旨在研究锰铁催化剂的制备方法及其在NO中低温催化氧化性能，以期为实际应用提供理论支持。

二、锰铁催化剂的制备1. 材料与设备制备锰铁催化剂所需材料包括：硝酸锰（Mn(NO3)2·4H2O）、硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）、活性炭、还原剂等。

设备包括：烘箱、搅拌器、球磨机、电炉等。

2. 制备方法采用共沉淀法制备锰铁催化剂。

首先，将硝酸锰和硝酸铁按照一定比例混合，加入适量活性炭和还原剂，搅拌至完全溶解。

然后，加入沉淀剂使金属离子沉淀，经离心分离、洗涤、干燥后得到前驱体。

最后，将前驱体在一定温度下进行还原处理，得到锰铁催化剂。

三、NO中低温催化氧化性能研究1. 实验方法采用程序升温法进行NO催化氧化实验。

在固定床反应器中，以氧气为气源，控制反应温度和气体流量，对制备的锰铁催化剂进行NO催化氧化性能测试。

同时，采用XRD、SEM、TEM等手段对催化剂的物理化学性质进行表征。

2. 结果与讨论（1）催化活性测试结果实验结果表明，制备的锰铁催化剂在较低温度下表现出较高的NO催化氧化活性。

随着温度的升高，NO转化率逐渐提高，达到一定温度后趋于稳定。

与市售催化剂相比，制备的锰铁催化剂在相同条件下具有更高的NO转化率。

（2）物理化学性质表征结果XRD、SEM、TEM等表征手段显示，制备的锰铁催化剂具有较高的结晶度、较大的比表面积和良好的孔结构。

此外，催化剂表面存在丰富的活性组分，有利于NO的吸附和催化氧化。

（3）催化剂稳定性测试结果在长时间运行过程中，制备的锰铁催化剂表现出良好的稳定性。

经过多次循环实验，催化剂的活性基本保持不变，说明其具有较好的抗中毒和抗烧结性能。

第一章催化剂：不能改变化学平衡；可通过改变反应历程而加快特定反应的速率；具有选择性均相催化：反应物和催化剂处于同一相态中的反应。

多相催化：反应物和催化剂处于不同相态中的反应。

主催化剂：又称活性组分，是多组元催化剂中的主体，必须具备的组分。

助催化剂：加到催化剂中的少量物质，本身没有活性或活性很小，但能显著改善催化剂性能，包括催化剂活性、选择性及稳定性等。

有结构型、调变型、扩散型、毒化型助催化剂。

载体：催化剂中主催化剂和助催化剂的分散剂、粘合剂和支撑体。

有分散作用、稳定化作用、支撑作用、传热和稀释作用、助催化作用等。

分散度：指催化剂表面上暴露出的活性组分原子数占该组分在催化剂中原子总数的比值。

催化剂活性表示方法：速率；TOF；速率常数；转化率速率：单位质量（或体积或表面积）催化剂上反应物的转化量（或产物的生成量）TOF：转化频率，单位时间内每个催化活性中心上发生反应的次数。

速率常数：反应速度和反应物浓度的函数关系r=k×f（c），比较反应速率常数k以比较催化剂活性。

转化率：C A%=（反应物A转化掉的量/流经催化床层进料中反应物A的总量）×100%选择性：S%=（目的产物的产率/转化率）×100%（目的产物的产率指反应物消耗于生成目的产物的量与反应物进料总量的百分比）。

产率=选择性×转化率多相催化反应步骤：外扩散、内扩散；吸附、表面反应、脱附；内扩散、外扩散内外扩散消除方法：外扩散的阻力来自气、固（或液、固）边界的静止层，流体的线速（空速）将直接影响静止层厚度。

内扩散阻力来自催化剂颗粒孔隙内径和长度，所以催化剂颗粒大小及颗粒孔径大小将直接影响分子内扩散过程。

催化循环：在多相催化反应中，催化循环表现为：一个反应物分子化学吸附在催化剂表面活性中心上，形成活性中间物种，并发生化学反应或重排生成化学吸附态的产物，再经脱附得到产物，催化剂复原并进行再一次反应。

速率控制步骤：催化反应的总速度取决于阻力最大（或固有反应速度最小）的步骤。