【摘要】 简要讨论实验室用于TPD/TPR/TPO联合研究的典型仪器的特点。

基于实验程序的相似性，用于表征催化剂的TP方法可以分为一系列非常广泛的技术，即热分析技术。严格来说，催化研究中的TP方法包括属于第4类和第5类的方法，即TP解吸和TP反应，尽管其他类别中代表的TP方法也得到了有益的应用。前者可以提供关于气体的物理解吸以及化学机制释放的气体的信息，而后者包括几种可能性，并被确定为一种更基于化学的技术，涉及纯化学过程中气体的分析。大多数TP方法都属于这个类。

 

在程序升温还原（TPR）中，对固体进行还原用稀释的H2，同时系统的温度线性增加。类似地，程序升温氧化（TPO）利用稀释的氧气作为温度的函数来氧化固体材料（还原相或负载金属或沉积碳）。程序升温（表面）反应（TPSR，TPRe）是指在TP条件下对反应的研究。

 

这类研究可以通过两种不同的方式进行：（i）试剂（通常是两种气体）可以在催化剂上共吸附，并在惰性载体中加热；或者（ii）可以使用含有试剂的载气并且通过升高温度进行反应。通过讨论峰值最大值、峰值的数量和位置以及总反应物消耗，分析通常局限于定性水平。然而，如果需要更详细的图片，已经开发了几个理论模型，特别是Cvetanovic等人[1]所研究的用于TPD和TPR分析理论模型。

 

简要讨论实验室用于TPD/TPR/TPO联合研究的典型仪器的特点。示意图如图1所示。在该方案中，一系列两个六通两位阀（V1–V2）允许将来自三条不同不锈钢管线的不同流引入反应器，这些管线由1/8 In.管制成。管线（L1）连接到处理气体（还原/氧化混合物），以允许在各种大气中对样品进行预处理。事实上，在分析之前有必要对样品进行处理，以消除可能影响TP分析的吸附分子。管线（L2）是连接到反应气体和载气的管线，其可以是用于TPR/TPO和TPD分析的H2/He、O2/He或He。管线3与吸附气体相连。这些气体被送入阀门V1中的取样回路（10–500μl），该取样回路可用于将混合物注入反应器。单独的外部管线L4用于标准混合物的校准目的。

 

图1 TP分析装置的示意图。F1–F4质量流量控制器，V1–V2六通两位阀，V3–V4四通两位阀门，R反应器

 

TP解吸研究可以令人满意地证明二氧化铈在为CO氧化提供氧气和从NO分解中捕获氧气方面的作用[2,3]。图2显示了还原的Pt/Al2O3和Pt/CeO2/Al2O3催化剂上吸附的NO的一系列连续TPD。在室温下吸附NO后的线性加热过程中记录N2的信号。实验1是用减少的样品获得的，同时在没有进一步的情况下进行连续的吸附和解吸操作减少在实验1中仅观察到no和N2O的非常弱或没有解吸，证明不通过2NO=N2+O2的分解主要发生在新还原的样品上。

 

结果表明，对于Pt/Al2O3，NO分解在连续的循环中变得不完全，表明每次运行后沉积的氧原子抑制了催化剂分解NO的能力。二氧化铈的加入对TPD的解吸光谱有显著影响：（i）主解吸峰位于373K，ca。150K比在Pt/Al2O3上观察到的低；（ii）随着连续运行的进行和氧气积聚在催化剂上，主N2解吸峰移动到更高的温度，接近于当不存在二氧化铈时观察到的温度；以及（iii）氧气抑制效果低得多。这可以通过二氧化铈通过在晶格中临时储存氧气来减弱氧化气氛的负面影响的能力来解释。贵金属通过提供气相氧到达二氧化铈的动力学路径（某种氧溢出效应），在这一机制中发挥了重要作用。

图2 Pt/氧化铝和Pt/二氧化铈-氧化铝上NO的TPD

 

[1] R.J. Cvetanovic, Y . Amenomiya, Adv. Catal. 17 (1967) 67.

[2] P . Loof, B. Kasemo, S. Andersson, A. Frestad, J. Catal. 130 (1991) 181.

[3] T. Jin, T. Okuhara, G.J. Mains, J.M. White, J. Phys. Chem. 91 (1987) 3310.

 

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