吸附量热装置的建立及其在金属催化研究中的应用

论文题目: 吸附量热装置的建立及其在金属催化研究中的应用

论文类型: 博士论文

论文专业: 物理化学

作者: 李林

导师: 张涛

关键词: 吸附量热,吸附,肼分解,金属催化剂

文献来源: 中国科学院研究生院（大连化学物理研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 在多相催化及有关气／固相吸附体系的研究中，因为吸附热是气体分子和固体表面之间键合强度的直接表征，所以吸附热的测量和研究对探讨催化剂的反应性能和催化反应机理有重要的指导作用。本文立足于金属催化剂上吸附热的测量和研究，建立了一套宽温区、高灵敏的微量吸附量热装置，以及可在高真空和宽温区内进行吸附热测定的样品池以及原位样品预处理系统。经实验验证及数据误差分析结果表明，吸附热测定的相对误差在4％以内。 考察了不同载体担载的不同铱含量肼分解催化剂上肼及其分解产物的吸附性质。发现Ir／Al2O3中Ir-Al2O3的相互作用促进了铱在Al2O3上的分散，而Ir／Al2O3上更多的铱晶格缺陷增加了Ir-H的键强，进而促进了肼的氢解。NH3在Ir／Al2O3催化剂上吸附量随铱担载量的增加而增加，这是由催化剂制备过程中引入的氯与载体Al2O3之间的作用造成的。Ir／Al2O3比相同铱担载量Ir／SiO2具有更高的NH3分解活性，表明Ir／Al2O3上高分散的铱活性位以及Al2O3载体上的氯促进了肼分解反应中的NH3分解。应用吸附量热技术并结合热化学计算的方法，发现O2在肼分解催化剂上吸附产生两个吸附热平台。 以H2和O3为探针分子，考察了Ag和Cu对Pt催化剂表面结构的修饰。以C2H4为探针分子，考察了Ag和Cu的加入对还原态和氧化态Pt催化剂上烯烃吸附的影响。发现Ag和Cu优先在双金属催化剂表面聚集，进而降低了Pt表面活性位的几何尺寸，导致乙烯在还原态Pt催化剂上解离吸附的减少以及吸附热的下降。另外，乙烯在氧化态催化剂上的吸附表明Ag和Cu的加入降低了Pt催化剂的乙烯氧化活性。 针对Pt-Cu催化剂在1，2-二氯乙烷加氢脱氯过程中高的乙烯生成选择性，考察了1，2-二氯乙烷，H2和C2H4与催化剂之间的相互作用，将催化剂的吸附性质与反应选择性进行了关联。并结合CO红外和吸附量热技术表征了双金属催化剂的几何效应和电子效应。从吸附能量的角度，解释了Pt-Cu催化剂上乙烯选择性的提高是由于反应物和中间体的适中吸附和活化。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 微量吸附量热简介

1.2.1 原理

1.2.2 吸附温度的选择

1.2.3 吸附量热曲线类型

1.3 吸附量热在金属催化剂研究中的应用

1.3.1 金属单晶和多晶表面的吸附量热研究

1.3.2 担载型双金属催化剂及助剂作用的吸附量热研究

1.3.3 担载型单金属催化剂的吸附量热研究

1.3.3.1 不同载体上活性组分与探针分子的作用

1.3.3.2 粒径不同的活性组分与探针分子的作用

1.3.3.3 活性组分上探针分子之间的相互作用

1.3.3.4 不同方法处理的催化剂活性组分与探针分子的作用

1.4 常规吸附量热装置在金属催化研究中的局限性

1.5 本论文的出发点

参考文献

第二章 高灵敏,宽温区吸附量热装置的建立

2.1 前言

2.2 装置描述

2.2.1 热量测定部分

2.2.2 吸附量热池和原位样品处理池

2.2.2.1 原位吸附量热池

2.2.2.2 原位样品处理池与样品预处理过程

2.2.3 吸附量测定部分

2.3 仪器的标定及检验

2.3.1 热量测定部分

2.3.2 吸附量测定部分

2.3.3 H_2在Pt/SiO_2和γ-MO_2N上微分吸附热的测定

2.3.3.1 试样及预处理

2.3.3.2 测定结果

2.4 误差分析

2.5 原位吸附红外装置的建立

2.6 小结

参考文献

第三章 用于肼分解反应的铱催化剂吸附量热研究

3.1 前言

3.2 催化剂制备

3.3 催化剂表征

3.4 催化剂活性评价

3.4.1 N_2H_4分解

3.4.2 NH_3分解

3.5 结果与讨论

3.5.1 N_2H_4吸附与分解

3.5.2 H_2吸附

3.5.3 N_2吸附

3.5.4 NH_3吸附与分解

3.5.5 O_2吸附

3.6 肼分解催化剂上H_2-O_2滴定的吸附量热研究

3.7 小结

参考文献

第四章 Ag和Cu修饰的Pt催化剂的吸附量热研究

4.1 前言

4.2 催化剂制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 H_2吸附

4.3.2 O_2吸附

4.3.3 C_2H_4吸附

4.3.4 C_2H_4在预吸附O_2催化剂表面上的吸附

4.4 小结

参考文献

第五章 Pt-Cu催化剂的吸附量热研究及与1,2-二氯乙烷加氢脱氯催化性能的关联

5.1 前言

5.2 催化剂制备

5.3 红外表征

5.4 结果与讨论

5.4.1 助剂Cu对Pt催化剂表面性质的影响

5.4.2 反应物和产物与催化剂表面的相互作用

5.4.2.1 1,2-二氯乙烷吸附

5.4.2.2 H_2吸附

5.4.2.3 C_2H_4吸附

5.5 小结

参考文献

第六章 结论

6.1 吸附量热装置和方法建立的总结

6.2 肼分解催化剂的吸附量热研究总结

6.3 双金属催化剂的吸附量热研究总结

第七章 展望

作者简介

攻读博士学位期间发表文章目录

致谢

发布时间: 2007-03-13

参考文献

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