在293533K，孪生， 桥式，线式CO不变； 在533K以上 1、线式，桥式和孪生 CO减小由于表面碳覆 盖引起向低频移动。 2、孤立的孪生吸附中 心容易被表面碳覆盖。 无向低频移动。 线式，桥式吸附位粒 子大，表面无法覆盖 整个粒子。移向低频。
第二节 程序升温表面反应
程序升温表面反应(TPSR)：在程序升温过程中， 在催化剂表面同时发生表面反应和脱附。 1、预处理后的催化剂在反应条件下进行吸附和 反应，程序升温使催化剂上吸附的各个表面物种 边反应边脱附出来。 2、载气为反应物，程序升温过程中，载气(或载 气中某组成)与催化剂表面上反应形成的某吸附 物种一面反应一面脱附。
催化剂即使吸附饱和了CO，还能吸附大量的H2， CO和H2在两个不同中心上，生成CO2时，同时生 成CH4。 流动H2中，以相同峰形生成了等量CH4和H2O。 1、 CO(g) 2、 CO(a) CO(a) C(a) + O(a) CO2(a) H2O(a) CH4(a) CO2(g) H2O(g) CH4(g)
TPR曲线的形状、峰的大 小及其峰顶温度TM与催化 剂的组成和可还原物种的 性质有关。
影响TPR的因素
1、载气流速：载气流速增加，TM降低，从10ml/min 增加到20ml/min, TM降低1530oC。 2、催化剂重量：理论上TM不受影响。实际上，过多 TM升高，TPR峰数减少。一般取：50100mg。 3、升温速率：升温速率提高，TM升高，TPR峰重叠。 升温速率过低，时间太长，峰强度减弱。一般取： 520K/min
TPD ZrO2
苯酚取吸附的 CO2或NH3而 吸附。ZrO2表 面上有相当一 部分的酸、碱 中心因极化和 诱导作用而形 成。
六、甲醇分解中的溢流
(CH3)2O、H2O、 CO2、CO和H2
低温：CH3OH 560oC (CH3)2O
高温（780oC）： H2、CO
脱附物：CO和H2 少量(CH3)2O和CH4 脱附峰温：530 oC 无高温峰
3％CuO/-Al2O3 1峰：ER=67(kJ/mol)
10%CeO2/-Al2O3
2峰：ER=134(kJ/mol)
2峰：ER=155(kJ/mol)
CuO/Ce2催化剂的氧物种和Redox性能
3、峰温度表征脱附物种在固体物质表面的吸附强度。
实验条件的选择和对TPD的影响
干扰因素：传质(扩散)和再吸附的影响。 6个参数：1、载气流速(或抽气速率)
2、反应气体/载气的比例(TPR)
3、升温速率
4、催化剂颗粒大小
5、吸附(反应)管体积和几何形状 6、催化剂“体积/质量”比
升温速率的影响
升温速率增大，峰形变得尖锐； 峰的相互重叠趋势增加
二、考察反应机理
CH4 出现在340 oC，H O与CH 2 4 同步；
有CO和CO2脱附 峰
1、饱和吸附CO的催化剂脉冲吸附H2至饱和。在He中 TPSR。
225 oC，CH4窄峰
H2O峰两个，低温 与CH4相同；高温 峰从350 oC开始。 150oC有一个宽的 CO 无CO2峰
2、在25％H2/75%He中吸附CO，再在25％H2/75%He 中TPSR.
3、 CO(a) + O(a) 4、 2H(a) 5、 C(a) + + O(a) 4H(a)
第三节 生徐升温还原
第三节 程序升温还原(TPR)
程序升温还原(TPR)是表征催化剂还原性能的简单、 有效的方法。 装置与TPD相同。TPR的载气为含有还原性气体的 惰性气体， 如5％H2-95%Ar(或He或N2)。
实验装置和谱图定性分析 1、流动态实验装置 2、真空实验装置 三部分组成：a、气体净化与切换系统 b、反应和控温单元 c、分析测量单元 载气：高纯He或Ar；催化剂装量：100mg左 右；升温速率：525K/min；监测器：TCD和 MS
流动态TPD 实验系统
真 空 试 验 体 系
TPD
工作压力：10-3Pa, 可以排除水分和空气的干扰，较准 确的初始覆盖度，一般采用MS作检测器。 TPD定性分析： 1、脱附峰的数目表征吸附在固体物质表面不同吸附强 度吸附物质的数目； 2、峰面积表征脱附物种的相对数量；
一、研究反应条件下的表面吸附态
TPD与TPSR比较： 一个的N2峰，峰位置 和形状明显不同。 830 K峰形较宽。
N2峰温为500 K, 峰形窄。
当H2存在，产生NH、 NH2中间体，并相互作用 生成N2，所以，低温下 就有N2脱附 无H2存在时，解离的N原 子结合而成，所以，高温 下才有N2脱附。
非等温还原理论
略。 参考书《吸附与催化》， 河南科学技术出版社 第五章，5.3.2.3节
氢 溢 流
由于活性组分不同，有的氧化物容易还原，在TPR过 程常常会遇到氢溢流现象。这种氢溢流现象很难避免，
采用CO替代H2可以减少氢溢流。
TPR 表 征 催 化 剂 实 例
1、氧化铈、氧 化铜表面的氧物 种 表面氧还原峰 体相氧还原峰
可快可慢，有时需要活化能
解离成原子、分子、离子 吸附剂有强的影响 不明显
小分子气体(O2, H2, CO2, N2, CO和C2H4)在金属 或氧化物表面的吸附，其催化作用与其表面对反应物 的化学吸附紧密相关，通过研究吸附态分子与表面的 作用以及吸附态分子的相互作用来揭示催化作用的本 质。
一、氢吸附， VIIIB金属上进行加氢和脱氢反应。化 学吸附热QH最小。解离吸附。LEED难以观察，常用 HREELS和EELS研究，得到H2 在金属表面吸附的
NOs NO +
k3
NOa NOa +
S Na + Oa
S
k4
Na
+
Na
N2O
+
2S
脱附产物除NO外， 还有N2、 N2O和 O2。 NO解离主要发生
在TPD过程。
催化剂： Rh/SiO2
O2脱附温度 远高于其它物 质，1050 K。
高温N2峰归属于原 子态N之间的化合， 2Na N2 + 2S
互作用的单醅位CO32高温CO2为与Mn3+或 La3+相互作用的双醅 位CO32-。CO峰来自 CO32-和低价Mn反应
而成。
双 组 分 共 吸 附 表 征 表 面 酸 碱 作 用
先吸附NH3(或 CO2)对其后吸 附CO2(NH3)无 碍，在高温的 脱附量。独立 的酸碱中心， 两者之间存在 较强的相互作 用。-IR结果： NH3存在，新 的CO2吸附中 心产物；CO2 存在，NH3-Zr4+ Zr4+-O2-酸碱对
MO ＋ H2
M(s) + H2O(g)
ΔG= ΔGo+RTln(PH2O/PH2)
还 原 过 程 动 力 学
对于标准自由能ΔG小于 零的氧化物，当然还原 是可行的。
H2O不断被带走，PH2O 很低，因此，在高温时， ΔG可能小于零。所以， 一些ΔGo大于零的氧化物 也能获得TPR图。
机理：
MO(s) + H2(g) M(s) + H2O(g) 1、成核模型 首先形成金属核，核变大和新核形成 增加，反应面增加，反应速度加快。但核进一步 增加和扩大，核间相互接触，反应面减小，反应 降低。 2、球收缩模型 开始时界面最大，迅速成核，形成 金属膜层，随后反应界面变小，反应速率不断下 降。
低温N2峰归属于吸 附态N原子和吸附态 NO分子的反应， Na+NOa N2+Oa+S
N2O 形成的机理： Na + NOa
N2O + 2S
所以，在NO分解脱出N2和N2O时没有发现O2 脱出，原因在于NO分解产生的Oa进入Rh的微 晶中，在高温时才会发生脱附。
脱附产物除
NO外，还
有N2、N2O 和O2
二、CO吸附，偶极活性大。红外光谱表征。线式、 桥式和孪生吸附态。 详见《吸附与催化》河南科技出版社，第四章内容。
动态分析方法与程序升温技术
定义：当固体物质或预吸附某些气体的固体物 质，在载气流中以一定的升温速率加热 时，检测流出气体组成和浓度的变化或 固体(表面)物理和化学性质变化的技术。
可分为：程序升温还原(TPR)
第五章 化学吸附和催化剂 动态分析方法
化学吸附：其特征为有大的相互作用位能即有高 的吸附热。 化学吸附发生时，在吸附质分子与表面分子之间 有真正的化学成键，常在高于吸附质临界温度的 较高温度下发生，需要活化能，有高的吸附势， 其值接近于化学键能。
用于研究催化剂活性位性质和测定负载金属的金 属表面积或颗粒大小。
物理吸附与化学吸附的主要差别
物理吸附
范德华力 (无电子转移)
化学吸附
共价键或静电力(电子转移)
吸附热：1030kJ/mol 一般现象，气体冷凝 真空可除去物理吸附 可发生多层吸附 临界温度时明显发生 吸附速率快，瞬间发生 整个分子吸附 吸附剂影响不大 在许多情况下两者的界限
吸附热：50960kJ/mol 特定的或有选择性的 加热和真空除去化学吸附 永不超过单层 在较高温度时发生
孪生CO吸附同上，线式
CO随温度谱带蓝移，强
度减少。线式和桥式吸
附受CO覆盖度影响，对
应Rh粒子大小有关，为 非孤立的中心。存在两 类吸附中心，孤立的中 心——孪生吸附；非孤
立中心——线式和桥式
吸附。
八、CO歧化
2CO(a) C(a) +CO2
在293533K，孪生 CO不变；
在533K以上，孪生 CO同步锐减。
Ni的存在促进了
CH3OH分解。
七、程序升温脱附红外检测(TPD-IR)
CO 在Rh催化剂的 吸附态： 1、线式吸附态， 2060cm-1 2、桥式吸附态， 1830cm-1 3、孪生吸附态， 2090和2015cm-1 2086和2012cm-1共 进退 a. CO-RhI-CO b. RhI 孤立中心 c. RhI稳定，无聚集。