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中国石油大学（北京）Dr.黄星亮固体催化剂表征技术黄星亮xlhuang@cup.edu.cn中国石油大学（北京）Dr.黄星亮建议教材及主要教学参考书建议教材：刘希尧，工业催化剂分析测试表征烃加工出版社，石化出版社教学参考书：1、辛勤，固体催化剂研究方法（上、下册），科学出版社2、刘维桥，孙桂大，固体催化剂实用研究方法。北京：中国石化出版社，20003、网上资料4、Moderntechniquesofsurfacescience；D.P.WoodruffandT.A.Delchar；CambridgeUniversityPress(1986).5、Spectroscopyincatalysis—AnIntroduction；L.W.Niemantsverdriet；Weinheim,NewYork(1993)6．李荣生，甄开吉，王国甲。催化作用基础。科学出版社中国石油大学（北京）Dr.黄星亮课程内容绪论第一章：催化剂的宏观物性表征第二章：热分析方法第三章：X-射线衍射与荧光光谱第四章：各种表面分析方法的比较和应用第五章：电子能谱第六章：电子显微镜第七章：离子谱第八章：红外光谱第九章：催化剂研究的其他方法中国石油大学（北京）Dr.黄星亮概论一、固体催化剂表征的意义和内容1、催化剂研究与分析测试①、催化剂的基础理论研究研究催化剂的体相和表面组成在催化反应过程中的化学变化，以及与催化性能的关系。表面与体相的元素（如原子、离子或离子团）的迁移。反应气（或液）相组成的变动对催化剂表面组成的影响。研究吸附物种的种类以及与催化剂表面键合的化学键的性质。中国石油大学（北京）Dr.黄星亮②、工业催化剂的开发和使用•催化剂在工业开发和使用过程中，碰到的首要问题是：催化剂的失活。•导致催化剂失活的因素很多，如催化剂自身的化学结构不稳定、反应原料中的杂质（金属porphyrin化合物、硫氮化合物、As化合物等）。•这样产生的问题是：何种因素导致催化剂失活？最主要的影响因素是什么？催化剂表面组成和结构将发生何种变化？中国石油大学（北京）Dr.黄星亮③、工业催化剂的生产控制•工业催化剂作为一种产品和商品，因而要保证催化剂的质量，就必须对催化剂各种物化性质，如粒度大小、强度、表面积以及各种组分的含量、催化剂的结构进行分析和测试。•对催化剂生产过程中的各个环节进行分析，保证催化剂的性能稳定。中国石油大学（北京）Dr.黄星亮2、固体催化剂表征的内容催化剂的测试内容涉及催化剂的各个方面：从体相到表面从宏观到微观从化学组成到晶体结构从物相变化到孔隙特征从静态吸附行为到动态反应性能从静态下的原子、离子化学环境与键合到反应条件下的状态中国石油大学（北京）Dr.黄星亮例如：对催化剂或固体的表面来说，就需要明确以下几点：1.Whatspeciesarepresentatthesurfaceweareanalyzingandwhataretheirconcentrations?2.Whatarethechemicalstatesofthespeciespresentatthesurface?3.Whatisthespatialdistributionofthespeciespresentatthesurface?4.Whatistheconcentrationofspeciesasafunctionofdepthfromthesurface?5.Whatisthestructureofthesurface?6.Whatistheeffectoftheobtainedinformationonmaterialproperties?中国石油大学（北京）Dr.黄星亮•可以用下面的网络图来反映对催化剂所做的测试：微观的中国石油大学（北京）Dr.黄星亮•相对应的，所使用的分析测试技术如下图所示：中国石油大学（北京）Dr.黄星亮•所用到的现代测试仪器一览表：中国石油大学（北京）Dr.黄星亮•续表3中国石油大学（北京）Dr.黄星亮二、表征手段所获得的信息1、体相元素组成分析•载体和活性组分，如过渡元素、难熔元素、贵金属和F、Cl、P、S等非金属元素。•贵金属(一般约含0.x～0.0x％)、少数杂质元素(可能0.0x％)外，其它元素含量一般约为xx～0.x％•含量为xx～0.x％，基本上属于常量与微量分析，可以采用化学分析法。或进行多元素快速分析，主要采用XRF和发射光谱(如ICP、AAS)。•对Pt、Pd、Rh等贵金属的微量分析，以化学分析的比色法为主。问题是样品前处理繁琐、费时和某些易挥发元素在制样过程中发生跑损。中国石油大学（北京）Dr.黄星亮•2、物相性质分析：•物相分析技术主要有四种：XRD、热分析、AEM和Magn，•Magn仅用于Ni、Fe等磁性物质的催化剂•AEM将TEM和电子衍射结合起来可适用于研究局部区域的相特征(例如相偏析、合金、新固溶体等)，HRTEM可以研究晶格晶面(如：分子筛的晶格象)；•热分析利用固体热变化性质来反映相变，但仅是一种研究相结构的补充技术，特点是操作简便，应用普遍。中国石油大学（北京）Dr.黄星亮zTPR对固体的微小变化检测较为灵敏，可作为物相表征的补充方法z多晶X-射线衍射（XRD）是相鉴定、相定量和晶体结构测定的最有用技术，目前：①可进行计算机检索衍射谱图，提高相定量分析精确度和精确计算结构参数；②仪器功率大、自动、而且小型化，③重要的相分析方法趋向标准化。中国石油大学（北京）Dr.黄星亮中国石油大学（北京）Dr.黄星亮中国石油大学（北京）Dr.黄星亮中国石油大学（北京）Dr.黄星亮中国石油大学（北京）Dr.黄星亮中国石油大学（北京）Dr.黄星亮中国石油大学（北京）Dr.黄星亮