吡啶红外光谱法简介及原理

在催化剂的表征中，酸性部位一般是氧化物催化剂表面的活性部位，测定催化剂酸性对于研究催化剂催化性能具有重大意义[1]。测定固体酸催化剂表面酸性的方法主要有红外光谱法、程序升温脱附法、碱性气体吸附法、碱滴定法和差热法等。程序升温脱附法可准确分析固体酸催化剂的总酸量和酸强度，但遗憾的是，无法区分酸类型；而红外光谱法可以很好地区分 B 酸和 L 酸，但不能准确地确定酸量[2]。因此一般需要结合两种方法来分析固体酸催化剂的酸性特征。那么这一期，我们主要讲的是吡啶红外光谱法在固体酸催化剂中的应用，后面我们会再讲程序升温脱附法的相关知识。

图1. 吡啶红外光谱仪

吡啶红外测试原理

在非均相催化反应研究中，红外光谱法已成为常用手段之一。一般说来，这方面的工作主要集中在两个方面：1.研究催化反应机理。2.考察催化剂本身，由于版面有限，这里就不具体展开讨论了。当用红外光谱法来进行这类表征时，不是直接测定催化剂本身的谱图，而是借助所谓的“探针分子”，用探针分子吸附物种的红外特征峰位置和强度来获取所需要的信息[3]。

一般地，催化剂表面的酸性质都是酸性位点通过与碱性探针分子相互作用而被观测到的。红外光谱中，对探针分子的选择，一般要求其吸附态分子具有较高的稳定性，且其特征峰的吸收系数较大（灵敏度高）和不被催化剂本身吸收干扰的优点[3]。目前，常见的碱性探针分子有吡啶、乙腈、氨、三甲基胺和正丁胺等等，其中应用最广泛的是吡啶。吡啶是一种吸附能力很强的吸附质，它能同时与催化剂表面的L酸和B酸相互作用，成键方式如下图。

图2. B型酸成键方式

这时，在红外光谱～1540 cm^-1处有一特征峰，这是B型酸（图2）。相反，若是和L酸配位，将得到一种配位化合物，这时在～1450 cm^-1处有一特征峰，这是L型酸（图3）。

图3. L型酸成键方式

由于版面有限，这一期就先介绍到这里，下一期我们会用文献中的实例来为大家介绍--吡啶红外光谱法是如何测定固体酸催化剂的表面酸性的。

参考文献

[1] 刘维桥，孙桂大． 固体催化剂实用研究方法［M］． 1 版． 北京:中国石化出版社，2000:192．

[2] 刘晓飒,陈淑俊,赵铁英,李德艳,白小鸽,李留琴.吡啶-热脱附-红外法确定催化剂酸性[J].工业催化,2015,23(10):817-820. 

[3] 唐庆余. 红外光谱测定固体酸催化剂表面酸性[J]. 炼油与化工, 2004.

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