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仪器型号:麦克AUTOCHEM2920;麦克AUTOChem II;日本拜尔BETCAT-A
测试周期:2-7个工作日
化学吸附
化学吸脱附是伴随着电荷移动相互作用或生成化学键的吸附,形成较强的价键力,具有化学反应的特点。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)以及脉冲吸附等。
TPD用来测量某固体酸碱的强度和数量。例如:碱性气体在酸性中心上吸附时,吸附在强酸中心上的比吸附在弱酸中心上的稳定,也更难脱附,提高温度可令其从酸性中心上脱附,而那些在弱酸中心上的将首先脱附,因此测定在不同温度下脱附的吸附碱相对量可测定酸中心强度,而脱附的碱性气体的量也就对应其酸量。常用的碱性气体有氨气,常用的酸性气体用CO2;
TPR常应用于表征负载型金属或过渡金属氧化物催化剂,对TPR结果进行分析可以获得金属与载体的相互作用,金属的价态和是否形成合金等方面的信息。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。通入氢气或氢气与惰性气体混合气。
TPD或者TPR定量方法大致如下(不是唯一标准):可以通过注射一定量的氨气或氢气来建立峰面积与气体摩尔数的标准曲线的,然后利用这个标准曲线通过样品的峰面积反推得到样品表面吸附气体的量来定量。
脉冲测分散度:测试时候只吸附没有脱附;每次脉冲都是固定的量,比如是0.5ml,常温常压下,一般的材料物理吸附可以忽略;看脉冲多少次能吸附饱和,每次吸附的量都可以计算,然后根据暴露的一个金属原子吸附固定个氢原子(参考文献),来进行计算样品待测金属元素分散度(需要告知准确的金属含量)。但是如果样品负载不同的贵金属,没法区分元素测出不同金属的分散度。
常规测试步骤如下所示(仅供参考)
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。
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。
1. 制样要求
1) 粉体样品,颗粒状样品,粒度为 40-80目;
2) 块状、薄膜样品需考虑气体分子能否扩散到样品里面,需要事先沟通确认;
2. 样品要求
样品需充分干燥,样品量不得少于100mg。
3. 其它要求
1) 要求样品不含S、卤素等,测试温度范围内,样品稳定,不能产生腐蚀性气体;
2) 样品需要充分干燥,同时提供样品具体成分,样品在整个过程必须稳定,样品本身升温过程中不能分解或产生其他气体;
3) 请确认稳定性和温度,确保测试过程中样品不会分解,如因样品分解污染仪器,所产生的费用,需用户自行承担。
测试结果
TPD测试结果
脉冲吸附测试结果
做氧气TPD,信号通常低于氨气和二氧化碳,更是远低于氢气的,不建议用5℃/min速率。速率越低,信号值越是倍数降低,问题就会越突出。
样品粒度40-80 目即可。颗粒不要太细,太细通入载气时容易被带出来,如果偏细,测试一般需要塞石英棉。测完样品无法回收。
负值只是检测器信号显示方式,数据重新处理下即可。
TCD没法区分气体,只有气体信号有变化都会出峰;质谱可以检测指定的小分子。
1mmol/g=22.4cm3/g
程序升温还原(TPR)——确定催化剂中可被还原成分的数量、开始被还原的温度、还原的截止温度等; 程序升温氧化(TPO)——催化剂在完成TPR还原之后重新被氧化,确定被重新氧化部分占总共被还原部分的比例,用这个比例来反映催化剂的循环氧化还原性能; 程序升温脱附(TPD)——确定催化剂表面可用活性点在吸附某种气体后,在一定温度下,这些被吸附的气体从表面活性点完全脱出时所需要的能量(解吸附能),以便通过解吸附能的大小反映催化剂的活性强弱; 脉冲化学吸附——确定催化剂活性表面积、催化剂表面金属分散率和活性颗粒大小。
一般样品会建议预处理温度200~500度左右,预处理的目的主要是为了去除样品表面吸附的水分与其他杂质,在样品稳定的前提下可以酌情高一点,如果样品不耐高温,也建议预处理温度在100度以上,否则可能水分脱除不完全。
排除测试机器问题的话,一般是样品对目标吸附质的吸附能力较低导致信号不稳定造成的。
物理吸附特点:吸附热较小,低温就能进行,吸附是可逆的,吸附基本没有选择性。 化学吸附特点:吸附热较大,吸附是不可逆的,吸附有选择性。
没有回到基线的原因是参比气和载气的组份不一致,说明载气里还有其他气体组份。常见的原因是: 1、样品分解,产生了挥发性的气体,导致载气组份变化 2、样品还在继续反应,还在消耗载气 3、TCD检测器污染,导致信号漂移。
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