A adsorção química é uma técnica crítica de análise de superfície amplamente utilizada no campo da catálise para estudar as propriedades de superfície de materiais sólidos. Ao contrário da adsorção física que é causada pela força de Van der Waal fraca, a adsorção química é causada por fortes interações específicas, como ligações covalentes ou ligações iónicas. Estes efeitos geralmente levam à formação de camadas de adsorção monomolecular, geralmente irreversíveis, por isso a adsorção química é altamente seletiva e fornece uma rica informação de superfície.

A adsorção física é frequentemente usada para medir a área de superfície e a estrutura dos orifícios, enquanto a tecnologia de adsorção química fornece informações críticas sobre o número, a propriedade e a intensidade dos locais de atividade superficial do catalisador. Essas informações são essenciais para avaliar a dispersão dos metais, a força de adsorção e a atividade de reação catalítica, e são parâmetros fundamentais para o design e a avaliação do desempenho dos catalisadores.

O TPR é uma das técnicas de adsorção química mais usadas para caracterizar a redutividade de óxidos metálicos. Ele pode fornecer informações sobre o estado oxidativo do óxido metálico e a intensidade da interação metal-veículo. Compreender a que temperatura o óxido metálico é completamente reduzido ajuda a determinar as condições de ativação do catalisador. No gráfico TPR, o número de picos de redução corresponde a diferentes estados de oxidação e a área de pico pode ser usada para calcular o consumo de hidrogênio.

O princípio de funcionamento do TPR é relativamente simples: 10% H₂A mistura de gás / Ar flui para o tubo de amostra durante o aquecimento linear, H₂Reduzir o óxido metálico em metal e gerar H₂O. O H gerado na reação₂O por nitrogênio líquido (LN)₂Remoção de armadilhas frias compostas de isopropanol (IPA). Por exemplo, a reação de redução do CuO é a seguinte:

CuO + H₂→ Cu + H₂O

Figura 1É o diagrama de redução de aquecimento do programa CuO.

Figura 1.Gráfico de redução de aquecimento do CuO: concentração de gás ativo VS temperatura

Três análises foram realizadas com o ChemiSorb Auto e os resultados corresponderam às especificações do manual de substâncias padrão.

Tabela 1A média e o desvio padrão de três análises foram apresentados.

O pico do mapa TPR fornece informações sobre o tamanho das partículas.Figura 2Mostra um gráfico TPR correspondente a dois mecanismos de redução comuns:

• Modelo de Nucleação:

Para partículas muito pequenas e finas, H₂Rápida redução desencadeada, formando o primeiro núcleo metálico. À medida que a interface de reação aumenta, a velocidade de redução aumenta. O mapa TPR é apresentado como picos afiados.

• Esfera Contratante (Contracting Sphere):

Para partículas maiores, o aquecimento linear H₂Primeiro, a superfície externa da partícula é reduzida para formar uma camada de membrana metálica e, em seguida, a difusão para o interior é contraída no centro esférico, o processo de redução é limitado pela difusão, o que resulta na velocidade de redução mais lenta. O gráfico TPR apresenta picos mais largos e mais altos.

A análise do mapa TPR permite deduzir informações qualitativas sobre o tamanho das partículas. Em aplicações de catálise, o ideal é dispersar o metal uniformemente na forma de partículas pequenas na superfície do veículo, maximizando sua contactabilidade e atividade reativa em reações químicas.

O TPR fornece não apenas dados quantitativos, mas também informações qualitativas sobre o comportamento de ativação do catalisador. Os picos de redução que aparecem no mapa TPR são geralmente considerados como condições de ativação do catalisador. A temperatura de redução em si fornece informações essenciais que devem ser consideradas no projeto do catalisador.

Se um catalisador altamente disperso precisar de altas temperaturas para ser ativado, existe o risco de sinterização. A sinterização resulta em uma diminuição da área de superfície ativa do metal, reduzindo o número de locais ativos disponíveis para a reação, um processo espontâneo que geralmente resulta em uma diminuição do desempenho catalítico.

Por exemplo,Figura 3Descrição da temperatura de redução do CuO que varia com a carga Pd. Com o aumento da carga de Pd, a temperatura de redução diminui, o que é benéfico. A ativação a baixa temperatura ajuda a manter a dispersão do metal e reduz o risco de sinterização.

Conclusão-chave: TPR é uma ferramenta indispensável na caracterização do catalisador, ajudando os pesquisadores a avaliar o efeito estável do veículo sobre os componentes ativos em condições de alta temperatura e alta pressão.

A ChemiSorb Auto é equipada com válvulas de mistura patenteadas para a calibração automática dos gases. O processo de calibração consiste na mistura de argão puro e hidrogênio puro em 11 etapas. H₂A concentração é reduzida gradualmente de 10% para 0% para determinar o consumo de hidrogênio.Figura 4É um típico H.₂Resultados da calibração do gás/Ar.

A calibração do gás pode ser realizada antes ou após a análise. Se as condições de análise, como a concentração de gás ou a velocidade de fluxo, forem diferentes das condições calibradas anteriormente, será necessário recalibrar para garantir a precisão e a consistência dos dados.

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