Chemische Adsorption ist eine wichtige Oberflächenanalysetechnik, die im Bereich der Katalyse weit verbreitet wird, um die Oberflächeneigenschaften fester Materialien zu untersuchen. Im Gegensatz zu physikalischer Adsorption, die durch schwache Van der Waal-Kräfte verursacht wird, wird chemische Adsorption durch starke spezifische Wechselwirkungen wie Kovalenzbindungen oder Ionenbindungen verursacht. Diese Wirkungen führen in der Regel zur Bildung von monomolekularen Adsorptionsschichten, die in der Regel irreversibel sind, so dass die chemische Adsorption hochselektiv ist und reichhaltige Oberflächeninformationen liefert.

Physikalische Adsorption wird häufig zur Bestimmung der relativen Oberflächenfläche und der Bohrstruktur verwendet, während chemische Adsorptionstechniken wichtige Informationen über die Anzahl, die Eigenschaften und die Intensität der oberflächenaktiven Stellen des Katalysators liefern. Diese Informationen sind von entscheidender Bedeutung für die Beurteilung der Metalldispersion, der Adsorptionsstärke und der katalytischen Reaktionsaktivität und sind Kernparameter bei der Katalysatorgestaltung und der Leistungsbewertung.

TPR ist eine der am häufigsten verwendeten chemischen Adsorptionstechnologien zur Charakterisierung der Reduktionsfähigkeit von Metalloxiden. Es kann Informationen über den Oxidationszustand von Metalloxiden und die Stärke der Metall-Träger-Wechselwirkung liefern. Das Verständnis, bei welcher Temperatur Metalloxide vollständig reduziert werden, hilft bei der Bestimmung der Aktivierungsbedingungen des Katalysators. In einem TPR-Diagramm entspricht die Anzahl der Reduktionsspitzen unterschiedlichen Oxidationszuständen und die Spitzenfläche kann zur Berechnung des Wasserstoffverbrauchs verwendet werden.

TPR funktioniert relativ einfach: 10 % H₂/ Ar-Mischgas strömt in das Probenrohr, während der linearen Erwärmung, H₂Reduzierung von Metalloxiden zu Metallen und Erzeugung von H₂H, das in der Reaktion entsteht₂Flüssiger Stickstoff (LN)₂Entfernung von Kaltfallen aus Isopropanol (IPA). Bei CuO ist die Reduktionsreaktion wie folgt:

CuO + H₂→ Cu + H₂O

Abbildung 1Es ist ein Programmerwärmungsreduktionsdiagramm von CuO.

Abbildung 1.Programmerwärmungsreduktionsdiagramm von CuO: Aktivgas-Konzentration VS Temperatur

Mit ChemiSorb Auto wurden drei Analysen durchgeführt, die alle den Spezifikationen des Standard-Stoffhandbuchs entsprechen.

Tabelle 1Durchschnittswerte und Standardabweichungen aus drei Analysen werden angezeigt.

Die Spitzenform des TPR-Diagramms liefert Informationen zur Partikelgröße.Abbildung 2Zeigt TPR-Diagramme für zwei gängige Reduktionsmechanismen an:

• Nuklearisierung (Nucleation):

Für sehr kleine, feine Partikel, H₂Schnelle Reduktion ausgelöst, um den ersten Metallkern zu bilden. Mit zunehmender Reaktionsschnittstelle beschleunigt sich die Reduktionsgeschwindigkeit. Das TPR-Diagramm zeigt sich als scharfe Spitzen.

• Kugelkontraktionsmodell (Contracting Sphere):

Für größere Partikel, lineare Erwärmung H₂Zuerst reduzieren Sie die außere Oberfläche der Partikel und bilden eine Metallmembranschicht, die sich anschließend in die innere in Richtung des Kugelzentrums zusammenzieht, und der Reduktionsprozess wird durch die Diffusion eingeschränkt, was zu einer verlangsamen Reduktionsgeschwindigkeit führt. TPR-Diagramme sind als breitere, höhere Spitzen dargestellt.

Durch die Analyse des TPR-Diagramms können qualitative Informationen über die Partikelgröße abgeleitet werden. In katalytischen Anwendungen ist es idealerweise möglich, Metalle in Form von kleinen Partikeln gleichmäßig auf der Trägerfläche zu verteilen, um ihre Berührungsfähigkeit und Reaktionsaktivität in chemischen Reaktionen zu maximieren.

TPR liefert nicht nur quantitative Daten, sondern auch qualitative Informationen über das Verhalten der Aktivierung des Katalysators. Reduktionsspitzen, die in TPR-Diagrammen auftreten, werden in der Regel als Aktivierungsbedingungen für Katalysatoren angesehen. Die Reduktionstemperatur selbst liefert wichtige Informationen, die beim Katalysatordesign berücksichtigt werden sollten.

Wenn ein hochdisperser Katalysator eine hohe Temperatur erfordert, um zu aktivieren, besteht ein Sinterrisiko. Das Sintern führt zu einer Verringerung der aktiven Oberfläche des Metalls und einer Verringerung der Anzahl der für die Reaktion verwendbaren aktiven Stellen, ein spontaner Prozess, der in der Regel zu einer Verringerung der katalytischen Leistung führt.

Zum Beispiel:Abbildung 3Beschreibung der Reduktionstemperatur von CuO, die sich mit der Pd-Last ändert. Mit zunehmender Pd-Last sinkt die Reduktionstemperatur, was vorteilhaft ist. Die Kryotemperaturaktivierung hilft, die Metalldispersion aufrechtzuerhalten und das Sinterinsiko zu verringern.

Schlüsselführung: TPR ist ein unverzichtbares Werkzeug bei der Charakterisierung von Katalysatoren und hilft den Forschern, die stabilen Auswirkungen von Trägern auf die Wirkstoffe unter hohen Temperaturen und hohem Druck zu bewerten.

ChemiSorb Auto ist mit einem patentierten Mischventil für die automatische Kalibrierung von Gasen ausgestattet. Der Kalibrierungsprozess wird durch Mischen von reinem Argon und reinem Wasserstoff in 11 Schritten durchgeführt. H₂Die Konzentration wird schrittweise von 10% auf 0% reduziert, um den Wasserstoffverbrauch zu bestimmen.Abbildung 4Ein typisches H₂/ Ar-Gaskalibrierungsergebnisse.

Die Gaskalibrierung kann vor oder nach der Analyse durchgeführt werden. Wenn die Analysebedingungen, wie z. B. die Gaskonzentration oder die Durchflussgeschwindigkeit, von den zuvor kalibrierten Bedingungen abweichen, ist eine Neukalibrierung erforderlich, um die Genauigkeit und Konsistenz der Daten sicherzustellen.

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