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化學吸附是指氣相分子與表面原子之間的化學鍵合，是催化反應的第一步，也是最重要的一步。在負載型金屬催化劑上，化學吸附通常發(fā)生在固定在高比表面積氧化物材料上的小金屬微晶上?；瘜W吸附的分子可以與其他吸附物質或與氣相分子反應，生成反應產(chǎn)物。為什么化學吸附如此重要呢？因為催化反應的速率及其對所需產(chǎn)物的選擇性與負載型金屬催化劑的化學吸附性能直接相關。

下圖顯示了化學吸附與催化活性之間的關系。左側的曲線表明，化學吸附物質與表面之間存在最佳鍵合強度：太強的化學吸附會減慢反應速率，因為分子不愿意離開表面；而太弱的化學吸附會導致分子在有機會反應之前解吸。而中等強度的化學吸附通常意味著最大的催化活性，就像下圖右側顯示的氨合成反應一樣。

化學吸附強度是催化活性的重要參數(shù)之一，化學吸附分子的數(shù)量也是一個重要參數(shù)。因為更多的化學吸附物質意味著會產(chǎn)生更多的反應產(chǎn)物分子。催化劑表面形成化學吸附鍵的分子數(shù)與可用于鍵合的表面原子數(shù)有關。因此，良好負載型金屬催化劑設計的首要任務是最大化用于化學吸附的表面“位點”的數(shù)量。

我們?nèi)绾螠y量這些重要參數(shù)呢？我們需要一種技術來計算化學吸附位點的數(shù)量以及其與化學吸附分子的結合程序。可以以一種已知化學計量與表面位點結合的化學吸附分子可以充當我們的表面探針。對于負載型金屬催化劑，分子在金屬表面位點的這種“選擇性化學吸附”可以通過以下方式檢測：

在封閉系統(tǒng)中測量物質表面對氣相分子的吸附平衡（靜態(tài)化學吸附）

脈沖校準法檢測表面吸收了多少化學吸附分子（脈沖化學吸附）

表征化學吸附分子在加熱時從表面脫附情況（程序升溫脫附）

前兩種技術通常是在恒溫（例如環(huán)境溫度）條件下進行的，可以提供的關于吸附強度的信息很少。第三種技術是是一種用于催化劑表征的升溫技術，可以提供有關兩個重要參數(shù)信息：化學吸附位點的強度和數(shù)量。

使用程序升溫脫附 (TPD) 技術對模型表面進行定量分析是在1960年代初期開發(fā)的，此后也發(fā)表了許多優(yōu)秀的評論文章。雖然該技術提供了有關金屬表面位點數(shù)量的定量信息，但由于一些固有缺陷通常會導致有關吸附強度的信息僅限于對負載金屬催化劑進行更定性的處理。

在典型的 TPD 實驗中，首先要將催化劑粉末樣品放置在玻璃或不銹鋼反應器中，然后將反應器封閉在高溫加熱爐中并連接到氣體輸送管線。樣品經(jīng)過預處理，提供具有干凈、裸露表面的還原金屬微晶。然后切換氣流以允許選擇的化學吸附氣體流過催化劑（通常在環(huán)境溫度下）。一定時間后，再次將氣流切換為惰性氣體并沖洗反應器內(nèi)的空隙體積。在惰性氣流下，樣品溫度以受控的方式程序升高，這種加熱為化學吸附物質提供能量，當這些物質獲得足夠的能量時，它們會從表面脫附到惰性氣體流中。該氣流被掃入TCD熱導池檢測器，該檢測器已經(jīng)過校準可用于量化氣流中的氣體分子數(shù)量。這個數(shù)字與已知的化學吸附量一起，即可得到負載金屬催化劑上的表面位點數(shù)。作為負載型金屬催化劑溫度函數(shù)監(jiān)測的TCD檢測器信號提供了表面吸附強度的測量：在低溫下脫附的分子僅微弱保持，而高溫脫附表示更強的化學吸附相互作用。因此，TPD實驗不僅描述了化學吸附位點的數(shù)量和強度，而且還描述了表面位點的異質性。

下面示意了H2在Ni/SiO2催化劑上的TPD過程其中H2:Ni=1:2 

從以上的介紹中可以看出TPD實驗涉及許多關鍵技術，比如必須控制氣體流速、必須可以切換氣體、要求溫度隨時間線性變化、必須使用能夠對脫附氣體進行定量的脈沖定量環(huán)、需要一個高精度檢測器。

AMI-300化學吸附儀可以全自動化地完成TPD實驗操作，包括從實驗開始到結束的全過程。它根據(jù)實驗者在AMI-300軟件的指令菜單中編輯的參數(shù)和條件執(zhí)行此任務。在這個初始設置程序之后，實驗可在無人值守模式下進行。

在負載金屬型催化劑的研究中，除了TPD，我們也會涉及到TPR和脈沖滴定的表征方法，通過選擇合適的參數(shù)、設計完整的實驗過程，再通過得到的分散度、還原氧化溫度、吸附量、比表面積數(shù)據(jù)，我們可以更加全面的分析催化劑的催化性能。