表面与界面物化-化学吸附-1

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物理化学中的表面现象和界面反应

物理化学中的表面现象和界面反应

物理化学中的表面现象和界面反应表面现象和界面反应是物理化学领域中的重要课题,涉及到物质与界面的相互作用、表面结构、表面能量等方面。

本文将以此为主题,介绍表面现象和界面反应的基本概念、研究方法以及在生物、化工等领域的应用。

一、表面现象的基本概念表面现象是指物质与界面之间的相互作用过程,包括液体-气体界面和固体-气体界面。

液体-气体界面的表面现象包括液体表面张力和液滴形成,固体-气体界面的表面现象包括液体在固体表面的吸附、界面活性剂的作用等。

表面现象有其固有的特点,例如,液体分子在液体-气体界面上受到复杂的吸附相互作用,导致液滴形成;而在固体-气体界面上,固体表面原子和分子的排列方式与体相有所不同,表现出特定的性质。

二、研究表面现象的方法研究表面现象的方法主要包括表面张力测定、界面活性剂的表面吸附等实验手段。

例如,通过在液体-气体界面加压,测定液滴的半径变化来确定液体表面的张力。

界面活性剂的表面吸附可以通过测定界面剂溶液的表面张力和浓度来推断。

此外,表面和界面的结构也可以通过许多表征手段进行研究,包括拉曼光谱、X光衍射、透射电子显微镜等技术。

这些方法可以直接或间接地揭示表面分子和原子的排列方式、键长、键角等信息。

三、界面反应的原理与应用界面反应是指液体-液体界面或者固体-液体界面上发生的化学反应。

在界面反应过程中,各相之间的相互作用和传递起着重要的作用。

界面反应在生物、化工等领域有广泛的应用。

例如,生物体内的很多生化反应发生在细胞膜界面上;某些化工过程中,通过控制液体-液体界面上的界面反应,可以实现组分之间的选择性分离和传递,提高反应效率。

四、表面化学在材料制备中的应用表面化学是指通过改变固体表面的结构和性质,来实现功能化、修饰和改进材料性能的一种方法。

例如,通过在金属表面形成一层氧化物薄膜,可以提高金属的耐腐蚀性和强度;通过在纳米颗粒表面修饰有机分子,可以实现药物的缓慢释放,用于肿瘤治疗。

除此之外,表面化学在光电子学、传感器等领域也有广泛的应用。

固体表面的物理吸附和化学吸附 Word 文档

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1.这种吸附包括对电解质吸附和非电解质吸附:对电解质吸附将使固体表面带电或电双层中组分发生变化,也可能是溶液中的某些离子被吸附到固体表面,而固体表面的离子则进入溶液之中,产生离子交换作用。

对非电解质吸附,一般表现为单分子层吸附,吸附层以外就是本体相溶液。

2.溶液有溶质和溶剂,都可能被固体吸附,但被吸附的程度不同。

正吸附:吸附层内溶质的浓度比本体相大。

负吸附:吸附层内溶质的浓度比本体相小。

显然,溶质被正吸附时,溶剂必被负吸附,反之亦然。

在稀溶液中,可以将溶剂的吸附影响忽略不计,可以简单的如气体吸附一样处理溶质的吸附,但在浓度较大时,则必须同时考虑二者的吸附.3.固体表面的粗糙度及污染程度对吸附有很大的影响,液体表面张力的影响也很重要。

图2-4给出了表面张力和接触角的关系(点击放大),图中:θ为接触角,图2-4 表面张力与接触角的关系当θ<90o时,为润湿。

θ越小,润湿性越大,液体在表面的展开能力越强。

当θ=0o时,为完全润湿。

液体在表面完全铺展开来当θ>90o时,为不润湿。

θ越大,润湿性越小,液体越不易铺展开,易收缩为球状。

当θ=180o时,完全不润湿,为球状。

θ角的大小。

与界面张力有关:γs=γL cosθ+γsL 其中:γs为固体表面张力;γL为液体表面张力;γsL为固体和液体界面张力。

该方程叫做Yong方程式。

它表明接触角的大小与三相界面之间的定量关系。

因此,凡是能引起任一界面张力变化的因素都能影响固体表面的润湿性。

从上式可以看到:当γs>γsL时,则cosθ>0为正值,θ<90°,此时为润湿;而且γs与γsL相差越大,θ角越小,润湿性越好。

当γs<γsL时,则cosθ<0为负值,θ>90°,此时不润湿;而且γs越大和γsL越小时,θ角越大,不润湿程度越严重。

应当指出的是,上面的平衡式仅适用于固、液、气三相的稳定接触的情况。

界面和表面的化学特性和性能研究

界面和表面的化学特性和性能研究

界面和表面的化学特性和性能研究在化学领域中,界面和表面是非常重要的研究对象。

它们不仅是化学反应和物质交换的场所,也决定了许多物质的性质和性能。

一、界面的化学特性在物质的相互作用过程中,常常形成界面。

界面可以是液体-固体、液体-液体、气体-固体或气体-液体之间的分界面。

在这些界面上,通常存在着相互作用力和能量。

根据不同的物质类型,界面上的相互作用力和能量也不同。

1. 液体-固体界面在液体-固体界面上,液体分子吸附在固体表面,形成一层分子。

这层分子与固体表面之间的相互作用力称为吸附力或黏附力。

在这种情况下,通常涉及到表面张力、润湿性和化学吸附等特性。

例如,水在玻璃表面上的润湿性很好,而在蜡烛表面上的润湿性很差。

2. 液体-液体界面在液体-液体界面上,液体分子之间发生相互作用。

这种相互作用决定了混合液体中的物质分布和分子运动。

当两种液体相互溶解时,它们之间的界面张力会减小,并且形成一层混合膜。

这种混合膜的化学特性和结构也是很有研究价值的。

3. 气体-固体界面在气体-固体界面上,通常涉及到吸附性质和催化反应等特性。

例如,在汽车尾气净化过程中,铂等贵金属催化剂常常被用于氮氧化物的去除。

这是因为铂催化剂的表面能够吸附氮氧化物,从而使其分解成更简单的气体分子。

4. 气体-液体界面在气体-液体界面上,不同气体分子的溶解度、扩散速率和化学反应速率等特性是很重要的研究对象。

例如,在水中溶解氧气的过程中,氧气分子通过气体-液体界面进入水中,并与水中的氢离子结合,形成水分子和氢氧离子。

二、表面的化学特性表面是物质和空气或其他物质之间的分界面,通常涉及到表面张力、表面能和表面活性等特性。

1. 表面张力表面张力是表面分子间相互作用力所产生的结果,通常用来描述液体表面的弹性和承受力。

例如,在水中加入一滴油,由于油与水的间接作用力不同,两种液体在表面形成的形状也不同。

2. 表面能表面能是指固体表面或液体表面与其他物质之间相互作用时所产生的能量。

材料物理化学-第五章 表面与界面

材料物理化学-第五章 表面与界面
材料物理化学
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④n↑或↓ 三、吸附与表面改性 吸附:新鲜的固体表面能迅速地从空气中吸附气体或其它物质来降低其表面能。吸附是 一种物质的原子或分子附着在另一种物质表面现象。 表面改性:通过改变固体表面结构状态和官能团。 表面活性剂:降低体系的表面(或界面)张力的物质。
5.3 无机材料的晶界与相界
液体
开 the contact 两相的化学性能或
F 为润湿张力,θ为润湿角(接触角 angle),由于 所以,润湿先决条件是γSV>γS或γSL很小,当固液 化学结合方式很接近时,是可以满足这一要求。
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改变γSV——减少氧化吸附膜; 改变γSL——两相组成相似; 改变γLV——液体中加入表面活性剂 ⑶浸渍润湿 浸渍润湿指固体浸入液体中的过程。
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第五章
表面与界面
表面的质点由于受力不均衡而处于较高的能阶。这就使物体表面呈现一系列特殊的性 质。高分散度物系比低分散度物系能量高得多,必然使物系由于分散度的变化而使两者在物 理性能(如熔点、沸点、蒸气压、溶解度、吸附、润湿和烧结等)和化学性质(化学活性、 催化、固相反应)方面有很大的差别。随着材料科学的发展,固体表面的结构和性能日益受 到科学界的重视。随着近年来表面微区分析、超高真空技术以及低能电子衍射等研究手段的 发展,使固体表面的组态、构型、能量和特性等方面的研究逐渐发展和深入,并逐渐形成一 门独立学科——表面化学和表面物理。 表面与界面的结构、性质,在无机非金属固体材料领域中,起着非常重要的作用。例如 固相反应、烧结、晶体生长、玻璃的强化、陶瓷的显微结构、复合材料都与它密切相关。 表面:—个相和它本身蒸汽(或真空)接触面称之。 界面:—个相与另一个相(结构不同)接触的分界面称之。 相界:指具有不同组成或结构的两固相间的分界面。 晶界:是指同材料相同结构的两个晶粒之间的边界。 习惯上把液-气界面、固-气界面称为液体表面和固体表面。表面可以由一系列的物理化 学数据来描述(表面积、表面组成、表面张力、表面自由能、熵、焓等),表面与界面的组 成和结构对其性能有着重要的影响。 表面与界面起突出作用的新型材料,如薄膜、多层膜、超晶格、超细微粒与纳米材料等 发展如日中天。

材料表面与界面知识复习资料题库

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1.液体原子结构的主要特征。

(1)液体结构中近邻原子数一般为5~11个(呈统计分布),平均为6个,与固态晶体密排结构的12个最近邻原子数相比差别很大;(2)在液体原子的自由密堆结构中存在五种间隙,四面体间隙占了主要地位。

(3)液体原子结构在几个原子直径范围内是短程有序的,而长程是无序的。

2.液体表面能的产生原因。

液体表面层的分子,一方面受到液体内层的邻近分子的吸引,另一方面受到液面外部气体分子的吸引,而且前者的作用要比后者大。

因此在液体表面层中,每个分子都受到一个垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。

这种吸引力使表面上的分子趋向于挤入液体内部,促成液体的最小表面积。

要使液体的表面积增大就必须要反抗液体内部分子的吸引力而做功,从而增加分子的位能,这种位能就是液体的表面能。

3.液体表面张力的概念和影响因素。

液体表面层的原子或分子受到内部原子或分子的吸引,趋向于挤入液体内部,使液体表面积缩小,因此在液体表面的切线方向始终存在一种使液体表面积缩小的力,其合力指向液体内部的作用力,这种力称为液体表面张力。

液体的表面张力大小受很多因素的影响。

如果不考虑液体内部其它组元向液体表面的偏聚和液体外部组元在液体表面的吸附,液体表面张力大小主要受物质本身结构、所接触的介质和温度的影响。

(1)液体的表面张力来源于液体内部原子或分子间的吸引力,因此液体内部原子或分子间的结合能的大小直接影响到液体的表面张力的大小。

一般来说,液体中原子或分子间的结合能越大,表面张力越大。

具有金属键原子结合的物质的表面张力最大;其次由大到小依次为:离子键结合的物质、极性共价键结合的物质、非极性共价键结合的物质。

(2)液体的表面张力的产生是由于处于表面层的原子或分子一方面受到液体内部原子或分子的吸引,另一方面受到液体外部原子或分子的吸引。

当液体处在不同介质环境时,液体表面的原子或分子与不同物质接触所受的作用力不同,因此导致液体表面张力的不同。

一般来说,介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越高,液体的表面张力越小;反之,介质物质的原子或分子与液体表面的原子或分子结合能越低,液体的表面张力越大。

材料物理与化学材料表面与界面物理与化学概念梳理

材料物理与化学材料表面与界面物理与化学概念梳理

材料物理与化学材料表面与界面物理与化学概念梳理材料物理与化学—材料表面与界面物理与化学概念梳理在材料科学与工程领域中,表面与界面物理与化学是一个重要的研究方向。

了解材料表面与界面的性质对于改良材料性能、开发新型材料以及提高材料的应用性具有重要意义。

本文将对材料表面与界面物理与化学的相关概念进行梳理。

一、表面与界面的定义与特点1. 表面的定义与特点表面是指材料内部与外部环境之间的界面,是材料与外界相互作用的主要区域。

表面具有以下特点:(1)表面具有较高的表面自由能,导致表面能量较高;(2)表面具有不规则的形貌特征,如微观粗糙度和凹凸不平等;(3)表面具有较低的占有体积,而占据材料总体积很少。

2. 界面的定义与特点界面是指两个不同相的材料之间的边界,不同相可以是不同的材料,或者同一材料的不同相。

界面具有以下特点:(1)界面能量通常高于体相能量;(2)界面存在着各种缺陷,如孪晶、晶粒边界、位错等;(3)界面对材料的力学、电学、光学等性质具有重要影响。

二、表面与界面物理的研究内容1. 表面物理的研究内容表面物理主要研究材料表面的结构、形貌以及物理性质等。

具体研究内容包括:(1)表面结构的分析与表征,如表面晶胞结构、表面晶格畸变等;(2)表面形貌的研究,如表面粗糙度、表面平整度等;(3)表面态的研究,如表面态密度、表面电子结构等。

2. 界面物理的研究内容界面物理主要研究不同相之间的界面结构、界面缺陷以及物理性质等。

具体研究内容包括:(1)界面结构的分析与表征,如界面原子排列、界面层间结合等;(2)界面缺陷的研究,如界面晶格错配、界面位错等;(3)界面电子结构的研究,如界面态密度、界面电子传输等。

三、表面与界面化学的研究内容1. 表面化学的研究内容表面化学主要研究材料表面的化学成分、表面反应以及表面吸附等。

具体研究内容包括:(1)表面成分的分析与表征,如表面含有的原子、分子及其吸附态等;(2)表面反应的研究,如表面催化反应、表面氧化还原反应等;(3)表面吸附的研究,如表面吸附物的类型、吸附等温线等。

天津大学胶体与表面化学课件第四章界面现象和吸附

天津大学胶体与表面化学课件第四章界面现象和吸附
wr Fdx 2ldx dAs
所以: wr
dAs
- 表面张力, 表示液体增加单位表面 积时,环境所做的可逆功,单位 J. m-2。
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3
由于恒T、P下,可逆非体积功等于系统的Gibbs函数变
wr dGT .P dA
所以:


(
G As
)T
.P
所以也称为增加单位表面积时增加的Gibbs函数, 单位 J.m-2。
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4
注:表面张力:
F / 2l
单位面积表面功:

wr
dAs
单位面积表面Gibbs函数:


( G As
)T .P
三者虽为不同的物理量,但三者单位均可
化为 N.m-1 。
因为: N.m-1 = N.m/m2 = J/m2
根据Van’t Hoff 等压方程
吸附平 衡常数
吸附热
ln
Kp


H RT

ln
C
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设: A + S 平衡 CgA
A-S CsA
Kp

C As
C
g A
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因为 CsA与色谱的保留体积VR成正比(即CsA∞ VR )。

C
s A
C
g A
KVR
Kp
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二、热力学公式:(先考虑系统内只有一个相界面)
dG SdT Vdp dn B() B() dA B
du Tds PdV dn B() B() dA B

第四章 表面与界面

第四章 表面与界面
第四章
材料的表面与界面
固体(晶体、玻璃体)的表面与内部有什么不同?
实际上晶体和玻璃体:处于物体表面的质点,其 环境和内部是不同的,表面的质点由于受力不均衡而 处于较高的能阶,所以导致材料呈现一系列特殊的性 质。
例如:石英的粉碎。1kg直径为10-2米变成10-9米 ,表面积和表面能增加107倍。
物理性质:熔点、蒸汽压、溶解度、吸附、润湿和烧 结等(微小晶体蒸汽压增大、熔点下降、溶解度增加, 表面上存在着吸附等现象)。
即用于增加物系的表面能。故:∆PdV=γdA
V=4/3πR3 A=4πR2
∴∆P= 2 (球形曲面)
R
对非球形曲面:∆P=
1 r1
1 r2
— 拉普拉斯公式
r1、r2—曲面的主曲率半径
方向:指向曲率中心
2、弯曲表面上的饱和蒸汽压
将一杯液体分散成为微小液滴时,液面就由平面变成凸面, 凸形曲面对液滴所施加的附加压力使液体的化学位增加,从 而使液滴的蒸气压随之增大。所以,液滴的蒸气压必然大于 同温度下平面的蒸气压。它们之间的关系可以用开尔文方程 来描述。
2、固体表面力场
固体内部:质点受到周围质点的控制, 静电平衡、存在力场、力场对称。
固体表面:周期性重复中断,力场对称性破坏, 产生指向空间的剩余力场。
剩余力场表现:固体表面对其它物质有吸引作用 (如润湿、吸附、粘附性)
固体表面上的吸引作用,是固体的表面力场和被吸引质点的力场相 互作用所产生的,这种相互作用力称为固体表面力。
2、浸湿(Soakage)
V S
L
G SL SV
浸湿过程
浸湿过程引起的体系自由能的变化为
G SL SV
如果用浸润功Wi来表示,则是
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3、氧化物表面上CO的吸附
(1)化学吸附形式 高温慢吸附,强化学吸附,不可逆吸附
(2)不可逆吸附机理 脱附时生成CO2,说明吸附时形成表面碳酸盐
CO + 2O2-
CO32- + 2e
CO32-
CO2 + O2-
Overall CO + O2-
CO2 + 2e
4、氧化物表面上烃类的吸附
烃类的吸附:研究结果不多,很不完善 I)两种吸附机理 低温弱化学吸附,可逆吸附 高温强化学吸附,不可逆吸附 II) 表面吸附质点带正电荷 III) 烯烃比饱和烃容易吸附,给电子的施主吸附
(1)H-D交换反应 H2 + D2
2HD
只有能化学吸附氢的金属才能催化H-D交换反应; H-D交换反应的存在是H2均裂吸附的证据。
1、金属表面上氢的吸附态
红外光谱(IR)
Pt吸附氢后的红外光谱: 在2058cm-1和2101cm-1出现2个新峰
H 2058cm-1,强化学吸附的氢原子 Pt Pt
O
C
桥式吸附
M
M
O
O C
Rh
C
孪生吸附
(4)孪生吸附 在负载的细颗粒的Rh上,1个Rh原子吸附2个CO分子
5、烃类的吸附态
饱和烃的吸附态 均为解离吸附,至少有1个C-H键均裂
RH + M M
RH MM
但也有例外:环丙烷
H2 C
+M
H2C CH2
H2 C
H2C CH2 M
H2 C
H2C
CH2
M
5、烃类的吸附态
CH4(气) + 2* ⎯→ H* + CH3*
不解离(缔合)化学吸附:具有π电子或未共享电子对的分子 能够不解离就发生化学吸附。 例如:烯烃、炔烃、芳烃的化学吸附
2)解离化学吸附和不解离化学吸附
烯烃、炔烃、芳烃的化学吸附(不解离化学吸附)
H2C CH2 + 2 * HC CH + 2 *
+ n*
2、化 学 吸 附 Chemisorption
教学内容:
化学吸附的位能曲线与溢流效应 化学吸附强度与催化活性的关系—-火山型曲线 小分子在金属和金属氧化物表面的化学吸附态 小分子的催化活化实例—-C1化学
多相催化反应过程的一般步骤
催化反应中的反应物扩散、吸附、表面反应和 产物脱附过程
吸附位能曲线
H
2101cm-1,弱化学吸附的氢原子
Pt
2、金属表面上氧的吸附态
(1)氧吸附时的表面氧化反应 室温时氧的吸附覆盖率:氧与金属表面原子数目比θ
金属 θ (按初始面积计算)
Mo W Rh Pd Pt 1.27 1.15 0.84 0.65 0.62
θ (按吸氧后的平均面积计算) 1.41 1.33 0.97 0.74 0.63
化学吸附的类型和化学吸附态
化学吸附的类型
★活化吸附与非活化吸附:按所需活化能
★均匀吸附与非均匀吸附:按表面活性中心能量分布
★ 解离吸附与缔合吸附: 1.解离吸附:化学键断裂 2.不解离(缔合)吸附:化学键不断裂(具有π电子或 孤
对电子)
化学吸附的类型和化学吸附态
解离化学吸附和不解离化学吸附
解离化学吸附:许多分子首先经历键的原子团的分裂,才 能与固体表面的自由价形成化学键,形成化学吸附。 例如:H2在金属表面的化学吸附 烷烃的化学吸附
说明: θ >1,说明吸附时发生了氧化反应
2、金属表面上氧的吸附态
(2)氧的各种吸附态
负离子态:O2- *, O22- *, O- *, O2- * 分子氧:O2* 不稳定的O3-*
O- * + O2
O3- *
氧的各种吸附态的转化:
O2(g)
O2(ad)
O2- *
2O-*
2O2- *
O2- *-表面或晶格氧离子
H2 + M2+ + O2-
HM+ + OH-
2、氧化物表面上H2的吸附
(3)可逆吸附机理
证据:
I)吸附氢的H2-D2交换反应,原子吸附态 II)氢吸附对ZnO的半导性无影响,吸附时未涉及导带 III)红外光谱研究
低温时氢在ZnO上的化学吸附
ZnO + H2
HH Zn O
ZnO + H2
H-
H+
Zn2+ O2-
(1)线形结构(一位吸附) π电子与金属表面的自由价键合
4、一氧化碳的吸附态
(2)σ-π键合(三位吸附):碳原子上的孤对电子对的5σ轨 道,与金属原子的空轨道形成键合
O
C dxy dZ 2 dxy MMM
4、一氧化碳的吸附态
(3)桥式结构(二位吸附)
CO再杂化,sp⎯→ sp2, 与2个金属原子的自由价形成 桥联的二位吸附。
各种金属对气体的吸附能力强弱不同,有的金属能吸附 所有气体,有的只能吸附氧,多数居中间,只能吸附从氧到 氢(金例外)。
过渡金属,吸附能力强 非过渡金属,吸附能力弱
2.2.2 氧化物表面上的化学吸附
氧化物表面上的化学吸附:比金属复杂,研究更困难 原因:
z表面有两种离子,阴离子和阳离子,相对量和 空间排布随晶面变化,不一定两种离子都参加同一吸 附过程
1、氧化物表面上O2的吸附
催化反应与不同吸附态的氧
Mo-Bi催化剂:18O (标记钼酸铋中的氧)同位素研究结果表 明: 晶格氧可参与催化反应(18O转移到氧化产物中了)
O2-
O- + e
部分还原的Zn、Sn、V、Ti的氧化物催化剂上:
可形成O2- *, 稳定性好,活泼性差 用于烯烃的部分氧化
负载的部分还原的V、Mo、W的氧化物催化剂上:
氢分子在镍表面上的化学吸附
H2的吸附位能曲线
Lennard-Jones曲线
过程: (1)H2先在Ni表面发生 物理吸附 (2)经过一个过渡态转 变为化学吸附的2H
2Ni + 2H ⎯→ 2NiH DHH=434kJ EC<<DHH
溢流效应
溢流效应(spillover effect):在一个相表面上吸附或产生的 活性物种(溢流子)向另一个在同样条件下并不能吸附或产 生该活性物种的相表面上迁移的过程。
还原解离吸附:吸附物中构成键的电子对在吸附时转移到吸 附剂表面-吸附物给出电子(吸附剂得到电子)。
氧化解离吸附:吸附时吸附物从吸附剂表面取走一对电子- 吸附物得到电子(吸附剂 给出电子)。
金属表面上分子的吸附态
1、金属表面上氢的吸附态
金属表面上氢的吸附态
均裂吸附 H2 + 2 *
均裂吸附的证明:
2H *
可形成O- *和O2- *, O- *活泼性高,低温活性好 用于H2、CO、烯烃和烷烃的氧化反应 晶格氧氧化反应的应用:甲烷与空气部分氧化制合成气
2、氧化物表面上H2的吸附
(1)两种化学吸附形式
低温快吸附,弱化学吸附,可逆吸附 高温慢吸附,强化学吸附,不可逆吸附
(2)不可逆吸附机理 脱附时生成水,说明吸附时形成表面氢氧离子
例如: H2C CH2 + PNti
H2C CH2
NPit
烯烃与面心立方金属 (100)晶面原子的 δ-π键合
5、烃类的吸附态
(1)乙烯的吸附态: 解离吸附
活性Ni表面上,解离吸附
4Ni + C2H4
2NiH + Ni2C2H2
2NiH + C2H4
C2H6 + 2Ni
(2)苯的吸附态:非解离吸附
催化剂活性与吸附强度的关系:呈巴兰金“火山形曲线”规律 (Balandin volcano curve)
化学吸附与催化-火山形曲线
θ
1
Activity Too weak
Too strong
Adsorption strength
火山形曲线
化学吸附与催化-火山形曲线
例子:合成氨反应
N原子的吸附是关键 N原子的吸附是高价数的,N与金属表面原子形成多重吸附键 VIII1族金属最有可能,Fe、Ru 对N原子吸附强度不太强,适宜的表面浓度
为何选铁系元素作合成氨催化剂? 如图所示,横坐标是各族元素,左边坐标表示对 氮的起始化学吸附热,右边坐标表示氨的合成速率。 吸附热沿DE线上升,合 成速率沿AB上升。 速率达到最高点B 后,吸附热继续上升,由 于吸附太强,合成速率反 而下降。
对应B点的是第八族第 一列铁系元素。
化学吸附键的类型与命名
两个以上的吸附部位逐步交换吸附 例如: O2/ZnO、CO/Cu2O
1、氧化物表面上O2的吸附
氧总是以负离子的形式存在 化学吸附的氧的存在形式:
负离子态: O- *, O2- *, O2- * 分子氧:O2 * 不稳定的O3- * O2- *, 与晶格氧相同
各种吸附的氧离子可以互相转化,最终可变成氧化物中 的晶格氧O2-
例子:EPR(electronic paramagnetic resonance)研究 负载的Cr2O3上, Cr5+是化学吸附中心,催化聚合活性中心 Cr3+是加氢和脱氢活性中心
2、慢吸附与快吸附 (1)低温快吸附,弱化学吸附,非活性吸附
例如:H2/Cr2O3、H2/ZnO、O2/NiO (2)高温慢吸附,强化学吸附,活性吸附
能产生溢流的物质有H2、O2、CO等,产生溢流的机理目前 不十分清楚
该效应可直接影 响催化剂的活 性,稳定性等
化学吸附与催化-火山形曲线
1、火山形曲线 催化剂表面上反应物的化学吸附键: 太强:难以断开,阻碍后续反应物分子的吸附而终止反应 催化剂的毒物
很弱:难以活化,表面覆盖率低,催化反应速度小
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