TPR/TPD/TPO/脈沖吸附的詳細測試方法

來源：上海鴻睿檢測SJTU

前文我們介紹了TPR/TPD/TPO/脈沖吸附等表征在催化劑中的應用，{}，本文我們詳細介紹這幾種表征的測試方法和數據使用方法。

1.程序升溫還原H2-TPR

原理：金屬氧化物在還原性氣氛（H?/Ar）中升溫，還原性氣體與氧化物反應消耗氫氣，通過TCD檢測器監測H?濃度變化確定還原溫度及耗氫量，反映金屬-載體相互作用及還原動力學。

測試方法：稱取適量粉末樣品，一般為50-100mg，在50 mL/min的Ar氣氛下于400 ℃預處理1小時。預處理結束后，通過空氣冷卻壓縮機降溫至50 ℃，隨后通入50 mL/min的10 vol% H2-Ar混合氣體，以10 ℃/min的速率升溫至800 ℃或者更高溫度1000℃，通過TCD檢測器記錄H2的消耗，測試結束后，再次利用空氣冷卻壓縮機降溫至室溫。

分析方法：如下圖所示，通過H2-TPR表征技術，可以通過還原溫度來區分不同形態的鉀鹽，進一步對催化劑的構型進行研究。

不同形態鉀鹽負載后催化劑的H2-TPR圖譜

在H2-TPR譜圖中，縱坐標代表氫氣消耗速率，橫坐標代表金屬化合物的還原溫度，峰的個數反映還原中心的數量，而曲線下的面積則代表還原過程中氫氣的總消耗量。

2.程序升溫脫附TPD

2.1CO2/NH3-TPD

測試方法：將50-100mg樣品裝入U型管中，在30 mL/min的Ar氣氛中加熱至500 ℃并恒溫1小時，然后降至100 ℃。通入NH3-Ar混合氣至飽和，再在100 ℃下用氦氣吹掃2小時以脫除物理吸附的NH3。最后以10 ℃/min的速率從50℃升溫至800 ℃進行化學脫附。CO2-TPD的測試方法及條件與NH3-TPD類似，僅需將NH3替換為CO2。

分析方法：在NH3-TPD測試中，不同的脫附峰代表不同類型的酸性活性中心；脫附峰峰頂溫度表征酸中心的強度，峰溫越高，酸強度越大；脫附峰的面積代表該酸中心酸性位的數量，峰面積越大，相應的酸位數量越多。

不同周期反應后HZSM-5分子篩催化劑的NH3-TPD曲線

2.2H2/CO-TPD

原理：H2/CO-TPD通過H2或CO在金屬表面的吸附，常用來測定表面金屬分散度。測試過程包括催化劑表面凈化（在以TCD為檢測器時尤為重要）、金屬的還原、探針分子的吸附、程序升溫脫附，并記錄探針分子脫附與溫度變化的曲線。

測試方法：將50-100mg樣品裝入U型管中，在30 mL/min的Ar氣氛中加熱至500 ℃并恒溫1小時去除物理吸附雜質，然后降至100 ℃。通入H2-Ar混合氣，升溫到金屬對應的還原溫度下還原1-2h，降溫到100 ℃下用氦氣吹掃2小時以脫除物理吸附的H2，后通入H2或者CO氣體到吸附飽和，最后以10 ℃/min的速率從50℃升溫至800 ℃進行化學脫附。

不同Pt/ND@G催化劑的CO-TPD圖

分析方法：如上圖所示為不同類型負載Pt金屬的CO-TPD數據，不同的脫附溫度分別代表Pt金屬顆粒、團簇和單原子的存在形式。

2.3程序升溫氧化（TPO）

原理：TPO技術不僅能確定催化劑的積碳量及積碳強度，還能研究積碳生成的機理、積碳類型、抗積碳途徑，以及考察燒炭再生的工藝，為催化劑的開發提供寶貴參考。

測試方法：取50-100 mg樣品裝入石英管，并安裝于化學吸附儀上。先在50 mL/min的He氣氛中升溫至150 ℃，吹掃0.5小時。隨后降溫至50 ℃，在50 mL/min的5%O2/He混合氣下以10 ℃/min的速率升溫至1000 ℃。

不同反應時間的催化劑的TPO測試結果

分析方法：上圖中展示了催化反應不同時間后催化劑的TPO結果，橫坐標為溫度，縱坐標為O2消耗量。不同溫度下的峰代表不同類型的積碳，峰面積則反映了相應積碳的數量。

2.4易混淆的幾個測試

O2-TPD與O2-TPO, H2-TPR與H2-TPD關系是容易混淆的，一般可以用其本身定義來理解。O2-TPD與O2-TPO都有O2參與，但是用處不一樣，O2在O2-TPD是用作吸附質，后續需要用惰性氣體吹掃并脫附O2導致TCD變化，是考察催化劑吸附脫附氧氣性能；O2在O2-TPO中是用作氧化氣源并且充當載氣，通過O2消耗導致TCD變化形成耗氧峰，是考察催化劑被氧化性能，所以兩者的信號峰是相反方向的。H2-TPR與H2-TPD也是類似原理，只不過變成了H2-TPD考察吸氫性能，H2-TPR則是考察催化劑被還原性能，TCD測得是H2的消耗，故而圖譜的峰方向也是相反的。

3.H2/CO脈沖吸附

原理：在多相催化劑研究中，金屬分散度（Metal Dispersion） 是評價金屬利用率與結構性能關系的關鍵參數，它是指暴露在表面的金屬原子數占催化劑中總金屬原子數的百分比。H2/CO脈沖吸附用來定量表征催化劑表面金屬分散度，針對不同的金屬使用H2或者CO。下面以CO脈沖舉例說明該表征技術。

脈沖吸附的脈沖峰

測試方法：取50-100 mg樣品裝入石英管，并安裝于化學吸附儀上。先在50 mL/min的He氣氛中升溫至400 ℃（或者測試金屬對應還原溫度），吹掃0.5小時。隨后通入氫氣還原30min，后切換為He保護下降溫到50℃，信號穩定后，通入CO或者H2脈沖氣體，直到吸附飽和。

分析方法：計算吸附的CO總量，結合化學計量關系，獲得金屬分散度、金屬比表面積及顆粒尺寸，可以通過如下公式計算得到分散度，當然我們的測試機器內置軟件可以自動計算結果并且導出報告。

分散度（% Dispersion）=單位質量吸附量（μmol/g）×相對分子質量（g/mole）/（金屬負載量%×化學定量因子×100）

測試中心標準的脈沖吸附報告結果

由于公眾號改版，為防錯過更多資源，給我們加個星標吧

說明：來源：上海鴻睿檢測SJTU，如需轉載，請在開頭注明來源。僅供學習交流分享使用，版權歸原作者所有，文章只代表作者本人觀點，不代表公眾號立場。如有侵權，請聯系我們（Hilib oy）刪除，感謝支持！也歡迎有興趣的朋友分享、投稿、申請轉載、互開長白。

了解更多信息

↓↓↓歡迎點贊和推薦哦