金属中分散度检测方案(化学吸附仪)

MICROTRACMRBAPPLICATION NOTEB-AD-033 MICROTRACMRBAPPLICATION NOTE 通过脉冲法测试金属分散度 介绍 金属负载催化剂是各种催化反应的必需材料，大量研究致力于提高其催化活性和效率。 在金属负载催化剂中，增加金属的表面积会增加反应的活性中心并提高催化效率。此外，即使金属负载量相同，增加金属分散度也可以获得更多的金属表面积。特别对于昂贵的贵金属负载催化剂，研究和开发高分散度和抑制降解(分散性降低)，这是一种既保证高活性同时减少负载量以降低成本的方法。 脉冲吸附法由于其精度高、测试时间短而被普遍用作快速表征方法。本文描述了使用催化剂表征仪器[BELCATI]采用脉冲法测试金属分散度。 实验 2.1测试原理 在载气流中将吸附的气体脉冲进入样品，直到其达到饱和，并根据饱和时的脉冲峰值与脉冲吸附的峰值之间的面积差计算气体消耗量。 计算方法如下所示。 单位吸附量[每克样品吸附量]/cm3g1 m：样品量/g 金属分散[表面暴露金属百分比]/%。. Vchem：吸附体积/cm3 MW：金属原子量/g·mol1 -m： 样品重量/g SF：化学计量系数(化学计量比) 金属质量[样品上负载的金属质量]/g p：负载金属量/%。 金属表面面[每克样品的金属表面积]/m²·g1 SF Vchem *2241一4×6.02×1023×0m×10-18 Am(样品) om： 一个原子的金属横截面积/nm² 金属表面积[每克负载金属的金属表面积]/m²·g-1 金属粒径[金属颗粒-以球形为例-直径]/nm r=3/(Am(金属)×p×106) (3) 化学计量因子 [SF] 是上述计算所必需的参数。这是一个数字，表示一个吸附的气体分子吸附了多少个金属原子。这取决于吸附气体的化学吸附形式。 CO化学吸附有三种类型：线型[SF： 1]，一个CO分子吸附在一个金属原子上上 桥式[SF： 2]， 个 CO 分子吸附在两个金属原子上； 和孪生型[SF： 0.5]， 两个 CO分子吸附在一个金属原子上。这种分子在负载金属颗粒上的吸附结构可以通过红外光谱(IR)确定。吸附的形貌受金属性能的影响： CO对Cu， Ag 和 Au 的吸附较弱，在室温下通过抽真空即可脱附：对 Fe， Pt 和Ir 线性而言以线型为主；对 Pd， Ni和 Co[特别是Pd]以桥型为主； Rh 为孪生型。 H2解离为H+，化学吸附为线型吸附，其中每个金属原子吸收一个 H+， 但其吸附力通常弱于 CO [SF： 2]。这些可能因金属的负载结构和吸附气体的覆盖率而异。 www.microtrac.com @Microtrac MRB 2019 APPLICATION NOTE MRB twin linear bridge 2.测试方法 样品放置于载气流中，将吸附气体脉冲引入其中，从而进行金属分散度测试。在测试中应注意以下两点。 1. 当使用 TCD 探测器时， Co 脉冲测试使用 He 作载气， H2脉冲测试使用 Ar 作载气。因为载气和吸附气体之间的导热系数应有足够大的差异，才能被 TCD 检测到。 2. 设置脉冲体积或样品体积，以便在2或3个脉冲内达到饱和。如果数量不合适，测试精度会降低，测试时间过长。 预处理 在日本催化学会参比催化剂委员会建立的" CO 脉冲法测试金属表面积的方法"中推荐了以下两种预处理模式。建议采用以下两种前处理模式： 400°C 样品量：50至200mg 测试温度：室温 气体流量：20至40cm3/min 脉冲体积：20至200ul(0℃，1个大气压)：在2至3次内达到饱和脉冲间隔： 2至3分钟对于样品重量，请使用测试完成后的重量。 空气处理的目的是去除有机污染物。Pd 和 Ru的空气处理温度为300℃，以避免烧结和再分散。建议Ru 的还原时间为30分钟。此外，载气中存在氧气(特别对于Rh，它与氧具有很强的结合力)可能导致吸附量的降低。 载流效应 当使用金属负载催化剂测试样品时，由于[载体效应]，可能无法准确测试金属分散度。 载流效应(1)溢出效应 www.microtrac.com OMicrotrac MRB 2019 对于 Pt /C 和 Pt/Al2O3等样品， Hz脉冲法的金属分散度会出现超过100%的现象。据认为，吸附在金属上的H+会移动到负载金属上，氢会进一步被吸附在负载金属的表面上。 载流效应(2)SMSI[载体间相互增强作用]。 这种现象为， H2和 CO在金属上的吸附由于负载金属和被负载金属之间的强相互作用而减少。例如， Ni/SiO2吸附H2， 而 Ni/Al203几乎不吸附。 2.3.测试示例 作为典型测试案例，我们使用 co 脉冲测试了 2%Pt/Al203的金属分散度。 预处理 400℃ 脉冲体积：： 100pl(0℃， 1atm) 平均粒径：4.45nm 结果与讨论 用于测试的脉冲气体一般为 CO 或 H2，需要注意的是， co 的化学计量因子随其吸附结构而变化。使用适当的脉冲量进行脉冲测试可提供稳定的测试结果。(应在1-2)次脉冲后达到吸附饱和) |个www.microtrac.com @Microtrac MRB 金属负载催化剂是各种催化反应的必需材料，大量研究致力于提高其催化活性和效率。在金属负载催化剂中，增加金属的表面积会增加反应的活性中心并提高催化效率。此外，即使金属负载量相同，增加金属分散度也可以获得更多的金属表面积。特别对于昂贵的贵金属负载催化剂，研究和开发高分散度和抑制降解（分散性降低），这是一种既保证高活性同时减少负载量以降低成本的方法。脉冲吸附法由于其精度高、测试时间短而被普遍用作快速表征方法。本文描述了使用催化剂表征仪器 [BELCAT II]采用脉冲法测试金属分散度。