用温度和电压的程序控制来表征[1].ppt
《用温度和电压的程序控制来表征[1].ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《用温度和电压的程序控制来表征[1].ppt(27页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、用温度和电压的程序控制来表征催化剂,化学化工学院 周涛,1、引言 2、工艺技术 3、这些技术在催化剂表征中的应用,1、引言,用温度和电压的程序控制来表征催化剂就是把教新的程序升温还原(TPR)及其有关的脱附技术(TPD)和更确定的电化学循环伏安技术(CV)结合在一起讨论是适宜的。循环伏安法是一种表面技术,而TPR则是一种体相技术,可是当和TPD结合起来使用时,它给出了表面和体相两方面的资料。 下面介绍这些技术及其应用,2、工艺技术 2.1 程序升温还原和相关技术,该方法是把催化剂样品置于一石英管内,外套一个小管式电炉,其温度通过一个线性温度控制器进行调节。在进行TPR实验之前催化剂样品可以在不
2、同的气流中进行预处理。当样品已准备好开始做TPR的测量时,气体转接到组成为5%(V)H2 /95%(V)N2的气路中,这时气体先通过热导池的一臂,然后通过反应器,经由一组串联的冷阱(除去还原产物),再通过热导池的另一臂,此时,由于还原作用导致气流中氢浓度的改变,可通过导热率的变化测出(H2和N2的导热率有很大的差异)。,用记录仪记下氢导热率的变化。由于气流是不变的,故氢浓度的变化与催化剂的还原速率成正比。催化剂中个别不同的可还原物种,在TPR谱图上以峰的形式在记录仪上记录下来。在TPR实验终了,样品可冷却到196K,然后就可以测量程序升温脱附(TPD)峰。这时氢的脱附作用,是在更稀薄的气流0.
3、1%(V)H2 /99.9%(V)N2下根据导热率的变化检测到的。基于TPD图形的信息可以关联到铂的表面积,也可以得到铂表面性能的资料。 在TPR实验中,可以改变的若干实验参数有氢的流速、氢的浓度、线性加热的速率、固体样品的质量,据此导出了TPR动力学方程式:,2logeTm-loge+logeH2m=E/RTm+常数(1) 线性加热速率; Tm峰最大值下的温度; E活化能。 上述方程式的左边与1/Tm作图可得到一直线,其斜率为E/R。对TPD也导出了一个类似的方程式。 TPD的数学处理,假定在脱附期间气体分子没有发生再吸附作用,分子吸附于一个均匀的表面上,并且吸附分子之间没有相互作用。由于缓
4、慢的加热,表面积有很大,以及再吸附作用发生的结果,表面的不均匀性使数学处理更为复杂。,因为这种方法取决于反应气体及其惰性载气之间导热率的广泛不同的变化,原则上任何反应均可采用程序升温的方法进行研究,只要得到一种适宜的混合气体即可。,2.2 循环伏安法,循环伏安法(CV)是一种电化学技术,它广泛应用于研究电极反应和在电催化中表征电极表面。其线性变化的参数电化学势而不是温度。对于催化剂的性状,CV法借助于电势随时间线性变化的控制器,可以检测到在电催化剂表面上发生的平衡过程自由能的变化。由于它是一种电化学技术,要求催化剂是电的导体,故CV法在非均相催化领域没有引起很大的兴趣,然而在许多领域里它能够得
5、到有效的应用。,对于这一导电类型的电极过程:,M表面积中被Aads覆盖部分用A 表示,正向和逆向反应的电流表示如下:,式中,V是金属/溶液电势差;=1/2 是电荷迁移过程的Bronsted对称因子;CA 是拟电容量。对于A脱附或沉积的过程限于单层区域,if和iR不连续的,只能通过瞬变技术观察到。 在扫描速率s=dV/dt (V=V初St)下,随时间变化的电流It,在任一时间下的覆盖度可由下式得出:,而对于脱附则为:,式中,Q是形成一个单层所需要的电荷。对于吸附方程式(4)可写成下面形式:,dq/dv或C是与电极过程有关的电容量。,由于I=dq/dt,在这里dq是在dt时间内流过的电荷量,故I可
6、以写成:,和,C是由双层充电部分加上物种A表面覆盖度为时所产生的电势差这两部分所组成。 后者,部分通称为物种A的吸附拟电容量。,因为任何覆盖度1,在扫描速率S下I相对于V的峰值给出了,它与第一个方程式相应的A的吸附电化学等温线的微分系数。在第十二个方程式中双层充电所占有的部分,可以通过计算或经验的方法从I中减去。 上述第二个方程式可以用扫描条件下的S项表示,如下式:,上式对于表面过程,当从0到1或从1到0时,能从数字上估算出电流时间的峰值。 如果反应(2)处于平衡,可观察到CV中的可逆状态,也就是在阳极和阴极扫描期间,吸附和脱附在相同的电势下发生。这可以用方程式(3)和(4)中的if和iR相等
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 温度 电压 程序控制 表征
链接地址:https://www.31doc.com/p-2181805.html