Pt/TiO_2催化剂上的氢—氧作用——Ⅱ. 程序升温还原和程序升温氧化研究

本文采用TPR、TPO技术分别考察了氧处理Pt/TiO_2上氧物种的还原行为和氢还原样品的氧化过程.TPR结果表明,表面含有活泼氧物种的Pt/TiO_2样品对氢很活泼,室温条件下可以吸附大量氢,并且这些吸附氢又可以在TPR过程中脱附.表面活泼氧物种与氢的反应温度在500—673K之间,当大于673K时,Pt/TiO_2继续耗氢,可能是氢与还原产生的表面Ti~(3+)离子进一步反应生成钛—氢物种,并向TiO_2体相扩散与TiO_2体相晶格氧发生反应.对于773K还原的Pt/TiO_2作品,室温吸附氧在TPD过程中可以与表面吸附氢反应;473K氧化处理可以消除表面的吸附氢,但并不能完全去除体相储氢;573K氧化处理则基本上恢复了原样品的氧化状态.不同温度氢还原处理的Pt/TiO_2样品在动态氧化过程(TPO)中,在300-600K温区,气相氧与样品上表面吸附氢和表面氧空位反应;在大于600K温区,氧主要与表面钛—氢物种发生反应,并向体相扩散,与体相氢发生反应.文中描述了气相氢、氧分别与Pt/TiO_2催化剂存在的氧或氢物种作用的形式.     

CeO2及Pt/CeO2催化剂上H2、O2的作用特性

采用TPD、TPR、FT-IR和TPEC等方法研究了CeO_2及Pt/CeO_2上H_2、O_2作用特性。结果表明, Pt促进CeO_2还原, 并形成高活动性氢物种。Pt的存在使吸H_2和放氢温度下阵达300 ℃。部分还原的CeO_2常温下吸附氧形成分子离子氧物种(O_2~-, O_2~(2-)), Pt的存在改变氧化铈催化剂在常温下氧吸附物种的形态, 以解离态存在。氧化铈上吸附的氧物种在升温时可部分脱附, 高于170 ℃时则转化为晶格氧。     

担载铂催化剂上金属-载体相互作用与氢热脱附的关系

用真空TPD和氩流TPD方法研究了Pt/Al_2O_3,Pt/SiO_2和Pt/TiO_2催化剂。结果指出,Pt/TiO_2催化剂在高温氢还原时生成含氢的钛物种,是产生金属-担体强相互作用的原因。     

CO在负载铂催化剂上的催化氧化,TPD及TPSR研究

研究了Pt/MeM(Me=H,Cu,Ce)系列催化剂对CO的催化氧化活性,用热导-气相色谱同步跟踪CO在MeM和Pt/MeM上的TPD,发现CO_2脱附量大小及峰温次序与对CO的催化氧化活性一致。CO吸附达稳态后的TPSR(CO_2)研究表明CO_2的脱附峰温较TPD低,且其脱附量大小、峰温次序亦与对CO的催化氧化活性次序一致。     

ZrO2改性对Pt/Al2O3催化剂上CO氧化性能的影响

用流动反应法、TPR和TPD－MS等技术研究了Pt／Al2O3催化剂掺杂ZrO2体系上CO的催化氧化反应、氧物种的还原及脱出－恢复行为．结果表明，掺杂ZrO2有利于催化剂上氧物种的脱出－恢复，从而促进CO氧化活性及表面活泼氧物种与氢的反应．并用催化剂集团结构适应理论对结果作出了解释．     

氧在AgY分子筛上的化学吸附态

用程序升温脱附(TPD)和电子自旋共振(ESR)研究了氧在Ag~0Y上的化学吸附态。在TPD谱图上观察到α和β两种吸附态,相应的峰温分别是120—160℃和233—250℃。较仔细地研究了β态,其脱附过程为二级,表明氧以原子态吸附在银表面,脱附活化能为19.69千卡/克分子。ESR的测量结果表明,该原子吸附态为抗磁性的。比较ESR和TPD的结果得出:原子态吸附氧种为O_吸~-。     

钛添加物对Pt/Al_2O_3催化剂金属担体相互作用的影响

Pt/Al_2O_3催化剂的CO吸附TPD谱显示,CO的低温脱附峰(200℃前)受预吸附氢和后吸附氢的影响很大,呈现室温氢助CO吸附效应(RTHAA).而200℃以上的CO脱附谱基本上不受氢的影响.已知在聚集态Pt(如Pt丝)上的CO吸附不受氢的影响.因此可以认为,TPD谱中的高温CO脱附峰表征CO在聚集态Pt上的吸附;而受氢影响的CO低温脱附峰则表征CO在分散相Pt上的吸附.这是因为分散相Pt和Al_2O_3接触紧     

焙烧温度对稀土钴系复合氧化物催化剂结构与性能的影响

采用X光衍射（XRD），程序升温还原（TPR），程序升温脱附（TPD），付立叶红外光谱（FT－IR），二甲苯完全氧化活性测定等方法，对3种焙烧温度下所制备的稀土钴系复合氧化物催化剂进行了结构和性能表征，结果表明，随着焙烧温度的升高，钙钛矿型LaCoO3晶体逐渐发育完善，H2－TRP谱的高温还原峰面积和峰温逐渐上升，而低温还原峰面积和峰温逐渐减少，与此同时，O2－TPD谱中600℃附近的高温脱附峰逐渐增大，600℃以下低温脱附峰逐渐降低，稀土钴系复合氧化物催化剂的二甲苯完全氧化活性及导电性无有所改善。     

Pt/Al2O3体系的金属-担体相互作用及其对氢吸附、反应性能的影响

本文以程序升温还原(TPR)和脱附(TPD)为主要手段,研究了Pt/Al₂O₃体系在焙烧-还原-再氧化各过程中的金属-担体相互作用,并进而考察了不同温度还原后催化剂的氢吸附性能,以及还原温度、金属含量和添加第二金属组元对其正庚烷转化选择性的影响。     

Pt/H-TiO2催化剂制备及其甲醇电催化氧化性能

以四氯化钛为前驱体,采用水热法合成二氧化钛纳米棒（TiO₂,白色）,在纯H₂气氛,将其550 ^oC热处理2 h,即得有氧缺陷和Ti³⁺填隙原子的二氧化钛纳米棒（H-TiO₂,灰黑色）. 将Pt纳米粒子（~ 1.9 nm）负载于此两种二氧化钛纳米棒上,制得Pt/TiO₂和Pt/H-TiO₂催化剂. XRD和XPS测试表明,氢处理TiO₂晶型没有变化,仍属金红石型,但增加了Ti-OH表面物种. 电化学测试表明,H-TiO₂载体能够增强氧在Pt表面的吸脱附能力,从而提高其甲醇电催化氧化活性,Pt/H-TiO₂电极甲醇氧化峰电流密度为Pt/TiO₂电极的1.6倍、Pt/C电极的2.1倍.     

Pt纳米晶上CO电吸附及电氧化的表面增强红外吸收光谱研究

为理解Pt 纳米晶(NCs)表面上吸附与反应的结构效应, 本文利用电化学衰减全反射-表面增强红外吸收光谱(ATR-SEIRAS)初步研究了{100}优先取向的Pt 纳米晶表面CO电吸附和电氧化. 合成并清洗过的Pt 纳米晶在硫酸溶液中的循环伏安图出现了四对氧化还原峰, 其中位于0.26和0.36 V的峰分别对应于短程有序和长程有序Pt{100}上的氢吸脱附. 利用Bi、Ge 不可逆吸附法估算出Pt{100}和Pt{111}纳米晶筹分别占34% 和17%. 在原位红外光谱研究中, 首次分辨出线性吸附的CO (CO_L)物种在Pt 纳米晶的三个基础小晶面上的振动谱峰. 动电位光谱分析结果表明Pt{110}上吸附的CO_L优先电氧化, 其次{111}上的CO_L发生氧化, 而Pt{100}上CO_L氧化过电位最高.     

氧在Co3O4催化剂上的化学吸附

测定了氧在氨氧化催化剂Co_3O_4上于100—400℃下的吸附动力学和室温-600℃的热脱附谱,并与离子探针质谱测定的结果进行了比较。动力学曲线指出氧具有快速和慢速不同类型的吸附,热脱附谱显示有相应的脱附曲线。快速吸附对应于两个脱附峰,峰的极大值温度各为165℃,380—420℃;相应的吸附氧粒子可指定为O_2~-,O~-;脱附活化能分别为13.3千卡/克分子,26.7千卡/克分子。慢速吸附服从Elovich吸附规律,吸附过程可能是快速吸附的氧粒子在催化剂表面上迁移生成O~(2-)并入氧化物表面晶格,脱附温度高于500℃时可由表面晶格中逸出。吸附中心可能是表面Co~(2+)离子。讨论了氧吸附与氨催化氧化反应之间的关系。     

气相原子氢与Pt(111)表面的相互作用: 体相氢物种的直接证据

在超高真空条件下利用高温钨丝裂解氢分子制备气相氢原子, 并研究了气相氢原子与Pt(111)表面的相互作用. 热脱附谱(TDS)结果表明气相分子氢在Pt(111)表面吸附生成表面吸附氢物种; 而气相原子氢在Pt(111)表面吸附不仅生成表面吸附氢物种, 而且能够生成体相氢物种. Pt(111)表面体相氢物种的热稳定性低于表面氢物种, 表明体相氢物种具有更高的能量. 这种弱吸附体相氢物种有可能是Pt表面催化加氢反应的活性氢物种.     

CO在Pd/Al2O3壳型催化剂上的吸脱附和表面氧化反应

在高真空系统中采用化学吸附,T2D和T2SR技术研究了CO在Pd/Al_2O_3壳型催化剂上的吸脱附行为和表面氧化反应。结果表明在室温下CO不仅吸附在Pd原子上,还可以吸附在Al_2O_3上,其中一部分是易于脱附的弱吸附,在室温～450℃之间出现相当于三种吸附型式的程脱峰。低温和中温程脱峰中以CO为主,CO_2占少量。高温程脱峰中CO_2显著增多。当先吸附氧,后吸附CO时,则发生剧烈的表面氧化反应。还发现CO在PdO/Al_2O_3上的化学吸附键合能力比在Pt/Al_2O_3上弱。Pd在Al_2O_3上的壳层厚度太薄,晶粒增大至一定程度时,CO化学吸附中心数目明显减少。 根据实验结果讨论了CO在Pd/Al_2O_3壳型催化剂上的表面氧化反应机理,Pd价态和晶粒大小与CO吸脱附行为之间的联系。     

铁钼氧化物TPD-MS及催化性能的研究

制备了一系列不同配比的Ｆｅ－Ｍｏ氧化物催化剂,采用比表面积,ＸＲＤ,ＦＴ－ＩＲ和ＬＲＳ等方法,考察了催化剂的有关物化性质,测定了对甲苯选择性氧化生成苯甲醛的催化活性。用ＴＰＤ－ＭＳ技术研究了催化剂表面氧物种的脱附。结果表明,随着样品中Ｆｅ／Ｍｏ含量的改变,表面氧物种的脱附峰的峰温,氧脱附量和脱附活化能Ｅｄ也发生变化。３＃样品的氧脱附峰峰温较低,表面氧物种Ｏ＾－和Ｏ＾２－脱附量最大,Ｅｄ值最小,生成     

氧在银／二氧化硅催化剂上的超高真空程序升温脱附

 研究了氧在Ag／SiO2催化剂上的超高真空程序升温脱附．结果表明，脱附谱中出现了对应于表面分子氧（Tp＝340K）、体相氧（Tp＝570K）和次表层氧（Tp＝700～800K）的脱附峰．由于催化剂在制备过程中经过高温焙烧，因而其表面原子氧浓度低，脱附谱中未出现原子氧的脱附峰．高温焙烧还可使表面缺陷浓度增大，有利于原子氧向体相扩散，形成体相溶解氧，也有利于体相氧向表面扩散，所以对应于体相氧的570K脱附峰较强．体相氧和次表层氧向表面的扩散遵循不同的扩散机理．     

浸渍顺序对Ag-Pd/Ce0.8Zr0.2O2催化剂活性及脱附性能的影响

 采用不同的浸渍顺序制备了Ag-Pd/Ce0.8Zr0.2O2双组分催化剂,考察了催化剂对乙醇和CO氧化反应的催化活性,并对催化剂进行了TPD表征. 结果表明,浸渍顺序对催化剂的活性有很大的影响. 共浸渍催化剂的活性最高,其次为先浸渍钯后浸渍银的催化剂,先浸渍银后浸渍钯催化剂的活性最低. 催化剂上CO氧化活性与CO-TPD过程中CO2脱附峰的温度及强度有对应关系. 同时,乙醇氧化活性与C2H5OH-TPD过程中CO2脱附峰的温度有一定的对应关系. 这表明共浸渍催化剂的表面氧物种最活泼,最容易与吸附在催化剂表面的乙醇或CO发生氧化反应. 不同的浸渍顺序影响Ag或Pd的存在状态,共浸渍时有利于氧化态的形成; 但Ag状态的变化与催化剂上乙醇或CO氧化反应的活性没有对应关系.     

Pt/Ce0.75Zr0.25O2的催化性能及其氧移动性的 18O 同位素交换表征

 采用浸渍法制备了Pt/Ce0.75Zr0.25O2催化剂,考察了催化剂对乙醇及CO的氧化活性,并采用 18O 同位素交换、乙醇程序升温表面反应(C2H5OH-TPSR)、一氧化碳程序升温脱附(CO-TPD)和程序升温还原(H2-TPR)等技术对催化剂进行了表征. 结果表明, Pt/Ce0.75Zr0.25O2催化剂表现出较高的乙醇和CO氧化活性,其催化活性随着Pt负载量的增加而提高. 当Pt负载量为3%时,活性最高. 继续增加Pt负载量,催化剂活性下降. C2H5OH-TPSR和CO-TPD结果表明,催化剂对乙醇或CO的氧化活性与从催化剂表面脱附出来的CO2量有对应关系, CO2脱附量越大,催化剂活性越高. 18O 同位素交换结果表明,表面氧交换能力与其氧化活性有一定对应关系,催化剂的表面氧交换能力越高,氧化活性越高.     

Pt（111）电极上O2与OHad的吸脱附及氧还原反应动力学

研究了Pt（111）电极在0．1mol／LHClO4溶液中O2吸附与OHad脱附及氧还原反应的动力学．研究发现OHad的可逆吸脱附速率很快;在氧还原的动力学或动力学与传质混合控制区,恒电位下氧还原的电流随反应时间缓慢衰减,在转速较大,扫速较慢的情形下正向扫描过程中氧还原的电流总是明显低于逆向扫描的电流;Pt／0．1mol／LHClO4从无O2切换到O2饱和时,其开路电位迅速从0．9V增加到1．0V．结果表明,Pt（111）电极上O2解离生成OHad速率很快,ORR过程中OHad会在表面缓慢积累,氧还原反应的动力学主要由反应 OHad＋H^＋＋e→←H2O的平衡热力学决定．     

预吸附氧对NO在Pt(110)表面吸附和分解的影响

 利用程序升温反应谱、X射线光电子能谱和高分辨电子能量损失谱研究了NO在清洁和预吸附氧的Pt(110)表面的吸附和分解. 在清洁的Pt(110)表面,室温下低覆盖度时NO以桥式吸附为主,高覆盖度时NO以线式吸附为主. 加热过程中部分NO(主要是桥式吸附物种)分解,生成N2和N2O. 室温下O2在Pt(110)表面发生解离吸附. Pt(110)表面预吸附氧会抑制桥式吸附NO的生成,并导致其脱附温度降低40 K. 降低脱附温度有利于桥式吸附NO的分子脱附,从而抑制分解反应. 这些结果从表面化学的角度合理地解释了铂催化剂在富氧条件下对NO分解能力的降低.