程序升温分析技术是一种动态的分析过程,当催化剂表面吸附某些吸附质时,在惰性气体保护下,以一定升温速率加热,可以检测流出气体的组成和浓度的变化以及表征催化剂表面化学性质的变化,统称为程序升温分析技术。根据预处理条件和气氛的不同,可以分为程序升温脱附(Temperature Programmed Desorption,TPD),程序升温还原(Temperature Programmed Reduction,TPR),程序升温氧化(Temperature Programmed Oxidization,TPO),程序升温表面反应(TPSR)以及脉冲吸附等。
TPD:主要用来研究催化剂表面吸附中心的类型和数量。
TPR:主要用来研究活性组分、助剂及载体之间的相互作用力;催化剂的还原性质;各种催化效应(氢溢流现象、协同效应及合金化效应等);
TPO:主要活性金属比表面积以及催化剂失活和再生等;
脉冲:主要测金属的分散度情况。
测试原理
程序升温脱附(TPD)的基本原理:固体物质加热时,当吸附在固体表面的分子受热至能够克服逸出时所需要越过的能垒(通常称为脱附活化能)时,就产生脱附。由于不同吸附质与相同表面,或者相同的吸附质与表面上性质不同的吸附中心之间的结合能力的不同,脱附时所需要的能量也不同,因此,热脱附实验结果不但反映了吸附质与固体表面的结合能力,也反映了脱附发生的温度和表面覆盖度下的动力学行为。
程序升温还原(TPR)的基本原理:当负载的金属的价态,聚集状态,与载体的作用发生改变的时候,其还原温度,还原后的价态将会发生改变,如果能测出程序升温还原过程中氢气的消耗量,还原温度等,就能得到负载金属的一些状态参数。
程序升温氧化(TPO)的基本原理:是指在一定升温速率的条件下,通入氧化气体对催化剂表面物种进行氧化的过程,一般用于研究催化剂表面积碳生成机理的研究。在程序升温过程中气相中的O2在某温度时与碳物种发生反应,不同种类的碳在不同的温度段被氧化,由此可得到TPO图谱。
测试步骤
常规测试步骤如下所示(仅供参考):
1、TPD:称取一定量的样品置于反应管中,以一定的升温速率从室温程序升温至 300℃干燥预处理。He 气流吹扫 1h,冷却至一定温度,通入混合气 (比如 7%NH3/He )30min 至饱和,切换 He 气流吹扫 60min 除去表面弱的物理吸附的气体,最后在He气氛下以一定的升温速率升至一定温度进行脱附,用TCD 检测脱除气体。
2、TPR:称取一定量的样品置于反应管中,Ar 气流条件下以一定的升温速率从室温升温至 300℃干燥预处理 60 min 后,冷却至 30℃(一般不需要调高)。 在一定比例的气氛(比如10%H2/Ar)下以一定的升温速率升至具体测试温度,用TCD检测信号。
3、称取一定量的样品置于反应管中,以一定的升温速率从室温程序升温至一定温度干燥预处理,He 气流吹扫1h,冷却至一定温度,在一定比例的气氛(比如10%H2/Ar)下以一定的升温速率升至具体测试温度进行脱附,用TCD检测脱出气体。