美國micromeritics / 2020年七月份電子報AutoChem化學吸附分析儀的程式升溫還原(TPR)實驗

AutoChem化學吸附分析儀的程式升溫還原(TPR)實驗

 

 

程式升溫還原(TPR)技術廣泛應用於分析金屬氧化物、混合金屬氧化物和負載型金屬氧化物。經由TPR方法可獲得氧化物表面的還原性以及材料表面還原的均勻性。

 

TPR技術的原理是將具有還原性的混合氣體(通常是體積比為3~17%的氫氣與氬氣或氮氣混合)流過樣品,利用熱導檢測器(TCD)檢測氣體熱導率的變化。由於TCD信號可以體積和濃度校正轉換成活性氣體的濃度,將所得到的氣體濃度和時間(或溫度)的曲線進行峰面積積分,可得到材料總氣體消耗量,從而分析樣品的還原性質。圖1MxOy + y H2xM + yH2O反應的TPR圖。其中MxOy表示金屬氧化物,圖中峰值處TMAX代表還原速率達到最大時的溫度

 

 

TPR技術提供了一種定性,有時也可同時定量的分析觸媒表面還原性的方法。此方法對由觸媒表面或金屬/載體相互作用引起的化學變化具有較高的靈敏度,並且可以獲得具有可重複性的TPR圖譜。因此,根據不同金屬負載量的觸媒會得到不同的TPR圖,利用TPR方法對觸媒的生產過程進行品質控制

 

 

2是經過325目篩的試劑純氧化銀(AgO)TPR圖,反應為:

AgO+ H2 Ag + H2O。我們分別使用兩台AutoChem化學吸附儀對氧化銀進行總計36TPR測試,所得的平均TmaxH2消耗量統計結果如下表:

 

 

該反應的理論氫氣消耗量為96.72ccSTP),因此該實驗測得的H2實際消耗量為理論值的99.7%。

 

TPR測試同時也反映了樣品的還原性,其曲線峰值處表明金屬氧化物的還原性。由圖2可以看到,在高於Tmax溫度處出現了一個小寬峰,這可歸屬為樣品中部分氧化物的還原。樣品的顆粒粒徑會是一個重要的實驗變數,對於體相氧化物,顆粒粒徑變大會導致Tmax增加。TPR結果通常還會受到一些其它因素的影響,如:程式升溫速率、混合氣中H2的濃度以及載氣流度等。當升溫速率增加時,Tmax會增大;此外,降低載氣中氫氣的濃度或還原氣體的流速也會導致Tmax增大。因此,當比較由不同實驗得到的資料時,需要精確控制以上這些AutoChem中的實驗變數。

 

TPR方法是一種對負載型觸媒表面非常靈敏的“探針”方法,同時由於其優異的經濟性,已經成為分析鑒定金屬氧化物或負載型金屬觸媒的一種快速高效的方法之一。尤其在新型觸媒的製備及對觸媒進行改性時,TPR也是用於確定催化條件的非常靈敏的分析技術。

 

 

3是負載銅鎂的混合金屬氧化物觸媒的TPR圖,由此反應了TPR方法對材料結構的靈敏性。該TPR實驗的測試條件為:10H2和氬氣的混合氣體,流速為50 sccm,升溫速率為10 /min。通過對峰形積分可獲得四個峰的峰面積,根據之前校正過的TCD濃度可計算出氫氣的消耗量。

 

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