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TEM和CO化学吸附法测定的贵金属尺寸差别的原因分析

所属分类:行业动态    发布时间: 2020-10-28    作者:admin
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在催化研究领域,经常用TEM/CO化学吸附法测定的贵金属尺寸,然而两种技术测得的贵金属尺寸往往差别较大。那么产生这种差别的原因是什么呢?我在这里做一个简单的分析,也许对初学者有所帮助。首先介绍一下TEMCO化学吸附法测定的贵金属尺寸的基本原理:

TEM(透射电镜)是根据拍到的贵金属粒子照片,来统计粒子分布和计算平均粒子尺寸。TEM.大的问题是很难获得清晰的照片,小颗粒的贵金属粒子更难获得。还有一个问题是,TEM是往往是局部信息,不是全部信息。

CO化学吸附法是根据催化剂表面的贵金属粒子吸附的CO量,在假设只有贵金属粒子表面的原子吸附CO分子,而且是一个贵金属原子吸附的CO数目特定条件下来计算的,比如一个贵金属原子吸附一个CO分子。那么吸附的CO分子数等于贵金属粒子表面暴露的原子数。计算公式如下:

分散度D=催化剂表面的金属原子数/催化剂中总的原子数。根据分散度再计算贵金属的平均尺寸。

1. 

由于TEM技术的限制,无法观察到全部贵金属粒子,而且无法观察到的往往是小粒子,因此会导致TEM测得的粒子尺寸大于实际值。如果观测的局部信息,也会导致较大的误差。

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3. 

  CO吸附量方法的影响因素更多,..:贵金属原子上吸附的CO数目并不是理想的一对一(一个贵金属原子吸附一个CO分子),CO.常见的有下面三种吸附形式。因此,如果采用一个贵金属原子吸附一个CO分子来计算,会产生偏差。当桥式CO吸附多,计算的粒子尺寸偏大;当孪生态CO多,计算的粒子尺寸偏小。

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  第二:如果贵金属粒子被载体包覆或者被助剂包覆,使得贵金属表面暴露原子数目减少,CO吸附量下降,结果CO吸附量测得的粒子比实际的要大。比如下图的催化剂模型,由于Pt粒子表面MoO3的覆盖,使得CO吸附量下降,计算的平均粒子尺寸变小。TEM测得的粒子尺寸是3.1 nm,而CO吸附法测得的是8.7 nmJournal of Catalysis, 2020,391: 80CO吸附法测得的是根据分散度计算的

  第三:如果催化剂载体或助剂也会吸附CO,这样CO吸附量会明显增加,计算的粒子尺寸变小。第四,如果CO在催化剂表面发生氧化,如Pd/CeO2催化剂,CO可能与CeO2载体中的O发生反应;有的催化剂表面吸附的CO会发生歧化反应,这些都会导致CO吸附量的增加。

3. CO吸附前的还原过程,可能会导致催化剂表面发生改变,TEM的高真空环境下也会导致催化剂表面发生改变,也会导致两者数据的差异。

4. 如果排除载体(或助剂)的CO吸附和CO表面反应,那么CO吸附量反映的是贵金属表面原子暴露数目,用这个数据来计算催化反应的TOF相对比较靠谱。

由于知识有限,以上分析可能存在不足,仅供参考。