金属氧化物催化剂的表征方法与工业应用实例
金属复合氧化物催化剂中界面效应的机理研究
金属复合氧化物催化剂中界面效应的机理研究引言：催化剂在化学反应中发挥着至关重要的作用，可以加速反应速率、提高选择性和降低能量消耗。
金属复合氧化物催化剂由金属和氧化物组成，其性能受到界面效应的影响。
本文将探讨金属复合氧化物催化剂中界面效应的机理研究。
一、金属复合氧化物催化剂的定义和应用金属复合氧化物催化剂是由金属和氧化物两种材料组成的催化剂。
这种催化剂具有高活性、良好的稳定性和可调控性，在许多领域有广泛的应用，如能源转化、环境保护和有机合成等。
二、界面效应的定义和影响界面效应是指两种不同材料之间的相互作用和影响。
在金属复合氧化物催化剂中，金属和氧化物之间的界面效应对催化性能起着重要作用。
界面效应可以影响催化剂的表面活性位点密度、电子传输和表面吸附等过程，从而改变催化剂的活性和选择性。
三、界面效应的机理研究方法研究金属复合氧化物催化剂中界面效应的机理需要采用多种表征方法。
例如，X射线衍射（XRD）可以用来确定催化剂的晶体结构和晶格畸变情况。
透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微镜（HRTEM）可以观察催化剂的纳米结构和界面形貌。
X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）可以分析催化剂的化学组成和表面吸附物种。
四、界面效应的机理研究进展近年来，界面效应的机理研究取得了许多重要进展。
研究人员发现，金属复合氧化物催化剂中的界面效应可以调控催化剂的晶体结构、表面缺陷和电子结构。
界面效应可以增加催化剂的活性位点密度，提高反应速率。
同时，界面效应还可以改变催化剂的电子传输性质，影响反应中的电子转移过程。
五、界面效应的应用前景金属复合氧化物催化剂中界面效应的研究为开发高性能催化剂提供了新的思路。
通过调控界面效应，可以提高催化剂的活性和选择性，降低反应温度和能量消耗。
界面效应还可以用于设计新型催化剂，实现特定反应的高效催化。
结论：金属复合氧化物催化剂中界面效应的机理研究对于理解催化剂的活性和选择性起着重要作用。
金属氧化物催化剂
05
金属氧化物催化剂在工业生 产中的应用
石油化工领域
烷烃氧化
金属氧化物催化剂可用 于生产丙烯、异丁烯等 烷烃氧化物，是石油化 工领域的重要反应。
烯烃聚合
金属氧化物催化剂如钛 硅分子筛催化剂可用于 烯烃的聚合反应，生产 聚乙烯、聚丙烯等高分 子材料。
汽油改质
金属氧化物催化剂如钯 氧化铝催化剂可用于汽 油的改质反应，提高汽 油的辛烷值和清洁度。
载体需要具有良好的热稳定性和化学稳定性，以确保催化剂在高温和化
学腐蚀条件下仍能保持较高的催化活性。
制备方法的改进
溶胶凝胶法
通过溶胶凝胶反应制备金 属氧化物催化剂，可以控 制催化剂的晶体结构和粒 径大小。
沉淀法
通过沉淀反应制备金属氧 化物催化剂，可以方便地 实现多组分催化剂的制备。
热解法
通过热解有机金属前驱体 制备金属氧化物催化剂， 可以获得高活性的纳米催 化剂。
制药工业
金属氧化物催化剂在制药工业中用 于合成各种药物和中间体，提高药 物的生产效率和纯度。
02
金属氧化物催化剂的种类与 性质
酸性金属氧化物催化剂
酸性催化剂
酸性金属氧化物催化剂如氧化铝 （Al2O3）和氧化锆（ZrO2）具 有酸性催化性质，适用于酯化、
烷基化等反应。
活性组分
酸性金属氧化物催化剂的活性组 分通常为过渡金属元素，如铜、
特性
金属氧化物催化剂具有高活性、高选 择性、良好的稳定性和可重复使用性 等特点，能够在不同反应条件下有效 地促进化学反应的进行。
金属氧化物催化剂的重要性
在工业生产中的应用广泛
对新能源发展的推动
金属氧化物催化剂在化工、燃料、制 药等领域中发挥着重要作用，能够提 高生产效率和降低能耗。
第节金属氧化物催化剂及其催化作用
第四节 金属氧化物催化剂及其催化作用
C、高价离子同晶取代
第四节 金属氧化物催化剂及其催化作用
D、掺入电负性小的原子
Cr2O3-K2O-CeO2（水 泥载体）
Cr2O3
第四节 金属氧化物催化剂及其催化作用
过渡金属氧化物催化剂的工业应用(3)
反应 类型
催化主反应式
临 RSH + H2 RH+H2S
氢
脱
+ 4H2
硫
S C4H10 + H2S
临 氢
RSH + H2
脱 RSR' + 2H2
RH+H2S RH+R'H+H2S
第四节 金属氧化物催化剂及其催化作用
B、负离子缺位氧化物
第四节 金属氧化物催化剂及其催化作用
❖例2：当氧化锌晶体存在着负离子O2-缺位，为保持氧化锌 电中性，附近的Zn2+变成Zn1+ ，且在缺位上形成束缚电子e。 束缚电子e也有自己的能级，即施主能级，电子可跃迁到导 带成为导电电子，形成n型半导体。
❖ 在导带（空带）和满带之间没有能级， 不能填充电子，这个区间叫禁带，其能 量宽度表示为Eg
第四节 金属氧化物催化剂及其催化作用
E≤3ev
导体（金属）、半导体（金属氧化物）和 绝缘体的最大差别是三者禁带宽度不同——
按照电子性质分类的固体的能带模型示意图
金属氧化物催化剂的合成与表征
金属氧化物催化剂的合成与表征金属氧化物催化剂是一类广泛应用于化学反应中的重要材料。
它们能够促进化学反应的进行，提高反应速率和选择性。
为了充分发挥金属氧化物催化剂的催化性能，合成方法和表征手段至关重要。
本文将重点探讨金属氧化物催化剂的合成与表征方法。
一、金属氧化物催化剂的合成方法1. 沉淀法合成沉淀法是一种常用的金属氧化物催化剂合成方法。
通过在溶液中加入适量金属离子，然后加入沉淀剂，如氢氧化钠或氯化铵，可以使金属离子形成沉淀，进而得到金属氧化物催化剂。
这种方法简单易行，适用范围广，但其晶粒尺寸较大，比表面积相对较小。
2. 水热法合成水热法是一种基于水热反应原理的金属氧化物催化剂合成方法。
通过在高温高压下将金属离子与反应溶液中的其他物质进行反应，金属离子与氧化物的生成速度提高，从而得到较为纯净的金属氧化物催化剂。
这种方法合成的催化剂具有较高的比表面积和粒径分布较窄的特点。
3. 气相沉积法合成气相沉积法利用气相前体材料，通过化学反应使其在高温条件下沉积在基底上形成金属氧化物催化剂。
这种方法可以控制催化剂的形貌、晶相和尺寸，并且具有较高的活性。
但是，气相沉积法合成的金属氧化物催化剂需要在高温环境下进行，对设备和操作要求较高。
二、金属氧化物催化剂的表征方法1. X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种常用的金属氧化物催化剂晶体结构表征方法。
通过照射样品，利用样品中的晶体结构对X射线产生的衍射进行分析，可以确定催化剂的晶相和结晶度。
这种方法可以提供催化剂的晶格参数和晶体结构信息。
2. 透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种高分辨率的金属氧化物催化剂表征手段。
通过加速电子束，照射到样品上，探测被透射的电子，可以获得催化剂的颗粒形貌和晶体结构信息。
TEM能够观察到纳米尺度的细节，并进行局部原子构型的分析。
3. 能谱学（XPS）能谱学是一种表征催化剂表面成分和化学状态的方法。
通过X射线照射样品，可以使样品中的原子出现电离，产生特定能量的电子。
3-6金属氧化物
杂质对半导体Fermi能级、电子逸出功的 影响
e
ee e 本征半导体
f
e
f
EF
e
e
e
e
EF E施
+
+++
f
E受 EF
N型半导体
P型半导体
当掺入杂质将影响Ef的位置： 施主杂质提高电子在导带中出现的几率，Ef提高， Φ 降低； 受主杂质降低电子在导带中出现的几率，Ef降低， Φ 升高。
表面吸附杂质
32
N型半导体： 如果杂质能级出现在靠近半导体导带下部称为施主能级。 施主能级的电子容易激发到导带中产生自由电子导电，又称 电子型半导体
E施主能级
33
P型半导体： 如果出现的杂质能级靠近满带上部称为受主能级。 在受主能级上有空穴存在。 很容易接受满带中的跃迁的电子，使满带产生正电空穴关 进行空穴导电。又称空穴型半导体
三、氧化物表面的M=O性质与催化剂活性、选择性的关联 晶格氧(O2-)的催化作用
1、晶格氧(O2-)起催化作用的发现： V2O5上氧化制苯酐
1954年, Mars 等提出如下催化循环：
吸附氧？
晶格氧？
该催化循环称为还原 - 氧化机理（Redox mechanism）
研究表明: 许多复合氧化物Cat.和许多催化反应，当Cat.处于O2流和烃气 流的稳态下反应， O2供应中断，催化反应仍将继续一段时间，以不变的选择性进 行反应。 若Cat.还原后，活性下降； 当恢复供氧，反应再次回复到原来的稳定状态。
② 金属氧化物：化学吸附氧型，用于氧化的活性组分为化学 吸附型氧种(分子态、原子态或间隙氧)
③ 原态不是氧化物，是金属：表面吸附氧形成氧化层，如Ag 对乙烯甲醇的氧化，Pt对氨的氧化
金属氧化物催化剂的研究与应用
金属氧化物催化剂的研究与应用催化剂可以加速化学反应的过程，并且也可以降低反应所需的能量，这在很多工业和生产过程中都扮演了非常重要的角色。
其中，金属氧化物催化剂因为其稳定性和高效性在许多领域受到了广泛应用。
本文将介绍金属氧化物催化剂的研究和应用，以及其在环保、能源、化工和医药方面的应用前景。
一、研究进展研究表明，金属氧化物催化剂主要由两部分组成：金属氧化物和载体。
而其效率、活性和稳定性的提高与催化剂所用的金属氧化物和载体的性质有密切关系。
可以通过调整金属氧化物和载体的结构、成分和形貌等方面来改善催化剂的性能。
在研究中，一些新型的金属氧化物催化剂的应用也不断发展。
例如，贵金属复合氧化物的催化性能明显优于单贵金属氧化物，因此在催化剂研究和应用中也受到了极高的关注。
此外，一些基于稳定金属氧化物的绿色催化剂也得到了广泛的研究和应用，它们可以有效减少化工反应中的毒性物质和有害物质的排放，并且可以使过程更加环保和高效。
二、应用领域1.环保在环保方面，金属氧化物催化剂可以在废气处理、液体废弃物处理和水污染治理等方面发挥重要作用。
例如，V2O5/SiO2 催化剂可以将吸附在颗粒物上的有机物物质重新转化为可被生物降解的物质，从而有效改善城市空气质量。
此外，一些含氧、氮和硫等的有机物质在金属氧化物催化剂的作用下可以快速氧化降解，降解率可达90%以上。
2.能源在能源领域，一些金属氧化物催化剂已经被应用于燃料电池和太阳能电池等方面。
例如，二氧化锰和三氧化铁的电子传输能力极强，可以有效提高锂离子电池的容量和循环性能。
此外，钛酸锂和二氧化钛等金属氧化物材料在光催化领域也具有很高的应用价值，它们可以将太阳能转化为可用于制氢和发电等领域的化学能。
3.化工在化工领域，金属氧化物催化剂可以用于高分子合成、石油化工和有机合成等方面，从而提高产品的纯度和加工效率。
例如，钛酸锂催化剂可以促进环氧树脂的交联反应，提高其热稳定性和耐化学腐蚀性。
金属氧化物催化剂的表征方法与工业应用实例
固体酸催化剂的表征方法与工业应用实例表格1固体超强酸的酸性测定常用方法侧定方法原理准确度及其它Hammett指示剂法具有不同pK值的有机物在酸性介质上反应而引起的颜色变化不适宜有色催化剂的侧定.该方法在某些情况下具有不确定性，必须用其它方法进行佐证，才能得出最后结论减性分子(如氨、毗咬、正丁胺等)的程序升温脱附(TPD)碱性分子在不同中心上吸附强度的差异导致其脱附温度的不同，由此而形成的谱图。
强酸易导致吸附质的的分解，欲用TPD表征固休超强酸的酸性，需要找到一种拢氧化性的适当的碱性探针分子。
特征吸附光谱法利用氨、毗嘴等吸附质与固体表面的酸中心作用形成特征频率的波谱，以此来区分不同类型的酸中心红外光谱法较常用，但难于准确定量，电子自旋共振技术比较繁琐但方法准确分光光度法[8j 指示剂在不同酸介质中引起的吸收波的转移该法的关键是选择适当的指示溶剂模型反应正丁烷或环己烷是相对德定的分子，但固体超强酸能在室温下使之发生骨架异构，用IR鉴定异构产物.以此判断催化剂是否是超强酸易行且可靠1.2 催化剂的表征1.2.1 IR使用美国尼高力(Nicolet)公司Nexus-670傅里叶红外光谱仪,KBr压片.1.2.2 Py-IR使用美国尼高力(Nicolet)公司Nexus 470傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),波数范围:4000 cm-1~400 cm-1(实测至1300 cm-1,CaF2窗),分辨率:4 cm-1,波数精度0.01 cm-1,扫描次数:32次.1.2.3 XPS X光电子能谱测试在美国PHI 1600ESCA SYSTEM X光电子能谱图仪上进行.以MgKα线为X射线光源,光电子能量为1254 eV.真空室真空度10-7Pa,工作电压15 kV,能量标尺以污染碳(C1S,BE=284.6 eV)校正结合能数值,分析面积0.8 mm2,通过峰面积计算表面积含量.2 结果和讨论2.1 IR光谱研究催化剂酸性K.Arata等〔7〕认为SO2-4/MXOY型固体超强酸中的活性中心是由氧化物表面的金属原子与高价硫配位形成的.金属原子与硫酸根双配位结合时有两种状态,即螯合双配位和桥式双配位,如图,一般认为表面SO2-4最高振动吸收峰位置在IR中1200 cm-1以上,是螯合双配位结合,在1200 cm-1以下是桥式双配位结合.为了考察各因素对催化剂的影响,制备了一系列催化剂(SZSB系列),催化剂编号、组成及其硫含量、酯化率结果见表1,其中催化剂3和4即催化剂SZB-10和SZSB-11.表1 催化剂组成及编号Table1 Composition and serials of catalysts催化剂编号催化剂组成制备条件硫含量/w%酯化率C%1 S2O2-8/ZrO2-SiO20.75~0.0%(未焙烧) / 31.942 S2O2-8/ZrO2-SiO2-Sm2O30.75~3.0%(未焙烧) / 30.583 S2O2-8/ZrO2-SiO20.75-0.0%-450℃3.49 99.574 S2O2-8/ZrO2-SiO2-Sm2O30.75-3.0%-450℃3.65 99.425 ZrO2-SiO20.0%-450℃(未浸渍) 0 4.196 ZrO2-SiO2-Sm2O33.0%-450℃(未浸渍) 0 4.00注:以上酯化率为探针反应实验结果表2 固体超强酸催化剂SZSB-11的IR特征吸收峰Table2 IR special adsorbed peak value of solid super acid SZSB-11SO2-4/MXOY类催化剂特征吸收峰/cm-1催化剂SZSB-11的红外特征吸收峰/cm-11040~1080 1078 1130~1150 1127,1137 1200~1280(螯合) <1200(桥式)无990无990 在SO2-4/MXOY类固体超强酸催化剂的IR谱图中,1150 cm-1和1050 cm-1两处的吸收峰较强,而1210 cm-1和990 cm-1两处的吸收峰较弱,有时被掩盖,结合图4可知:催化剂SZSB-11在1078 cm-1、1127 cm-1、1137 cm-1处的吸收均为S=O伸缩振动的特征吸收峰,具有明显的超强酸特征峰,在低波数1180~1040 cm-1的吸收表明S=O具有部分双键的特性;1639 cm-1处的吸收峰是表面复合氧化物吸附水的O-H变形振动峰,而在1620~1630 cm-1未出现硫酸盐中SO2-4的S=O伸缩振动引起的强吸收峰,表明催化剂表面不存在硫酸根,无硫酸盐,属于桥式配位的固体超强酸.此外,固体超强酸特征峰1040~1080 cm-1及1130~1150 cm-1范围内,出现谱带的劈裂现象正是催化剂表面多活性中心的体现,说明该催化剂的活性较好,具有较多的超强酸位,与实验结果一致.图1 催化剂SZSB-11的IR光谱图Fig.1 IR pattern of catalyst SZSB-112.2 Py-IR光谱研究催化剂酸性根据吡啶吸附红外光谱在1300~1700 cm-1范围内吸收峰的位置和强度可知有关样品酸位类型及其酸强度分布的信息.图2到图5为催化剂SZSB-11吸附吡啶的红外光谱图,表2为SZSB-11各脱附温度下B酸、L酸的吸收峰面积.图2 催化剂SZSB-11未吸附吡啶前得的FT-IR光谱图Fig. 2 FT-IR spectra of pyridine unadsorbed oncatalyst SZSB-11图3 催化剂SZSB-11室温下吸附Py(AD)、脱附Py(DE)的Py-IR谱图Fig.3 Py-IR spectra of pyridine adsorbed (AD)and desorbed (DE ) on catalyst SZSB-11 under roomtemperature图4 催化剂SZSB-11的AD-Py、DE-Py区间放大的FT-IRFig.4 FT-IR amplifying spectra of AD-Py、DE-Pyon catalyst SZSB-11图5 催化剂各温度下的脱附FT-IR谱图Fig. 5 FT-IR spectra of pyridine desorbed oncatalyst under different temperature266内蒙古大学学报(自然科学版) 2005年从图3、图4可以看出,样品在1541 cm-1、1448 cm-1处都有吡啶吸收峰出现,说明催化剂表面既有B酸位,也有L酸位;从各自吸收峰面积看,催化剂SZSB-11的B酸位多于L酸位.表2中SZSB-11各脱附温度下B酸、L酸吸收峰面积也进一步证实了上述性质.表3 催化剂SZSB-11各脱附温度下B酸、L酸的吸收峰面积Table3 Adsorbed peak area of B and L acid of catalyst SZSB-11under different desorbed temperature催化剂脱附温度/℃B酸(1541 cm-1)峰面积L酸(1448 cm-1)峰面积SZSB-11 100 1.409 0.247150 1.129 0.190(S2O2-8/ZrO2-SiO2-Sm2O3) 200 0.869 0.153250 0.370 0.139W=14.7mg 300 / /总酸量3.777 0.729注:“/”代表基本上看不清楚;L酸峰面积也不明显,仅作参考.由于酯化反应需中等强度B酸催化,而SZSB-11催化剂表面B酸位多,故在酯化反应中该催化剂活性很高,与前面实验结论(酯化率94.22%)相一致.2.3 XPS研究催化剂超强酸位的形成对SZSB系列各催化剂采用XPS分析各元素结合能如下,催化剂组成及编号见表1.2.3.1 固体超强酸位的形成曲线上的标号为催化剂的编号:图6、图7是固体超强酸催化剂3(即SZSB-10)和4(即SZSB-11)的XPS硫元素能谱图.图6 样品3号、4号硫元素XPS能谱图Fig.6 XPS patterns of element S in samples 3 and 4图7 样品3号、4号锆元素XPS能谱图Fig.7 XPS patterns of element Zr in samples 3 and 4图8 样品3号的XPS全图Fig.8 XPS patterns of sample 3 图9 样品4号的XPS全图Fig.9 XPS patterns of sample 4267第3期吴燕妮等固体超强酸催化剂S2O2-8/ZrO2-SiO2-Sm2O3的酸性研究从图中结合能分析结果可以看出,催化剂SZSB系列的S2p的电子结合能169.25 eV与文献〔5〕催化剂SO2-4/ZrO2的S2p的电子结合能169.28 eV基本相等,说明氧化物表面的硫元素为高价+6价,与红外光谱分析一致;比一般硫酸盐中的S2p的电子结合能(168.9 eV)高,这说明固体超强酸催化剂中的硫原子比一般硫酸盐中的硫原子的吸电子能力更强、缺电子性更明显,且催化剂表面的高价硫可能主要与ZrO2-SiO2中Zr原子结合而形成超强酸酸位.从图8、图9催化剂3和4号样品的XPS全图可知,催化剂表面Si的原子百分比分别是27.2%和24.9%,Zr 的原子百分比分别是0.3%和0.5%,可见催化剂表面Si原子数大于Zr原子数,样品4的硫含量(硫原子百分比1.6%)高于样品3的硫含量(硫原子百分比1.2%),与前面硫酸钡法测试硫含量结果(见表1)相符,说明氧化钐的添加有利于表面硫含量的增加.对比图8与图9中3号样品与4号样品XPS全图锆元素含量可知:添加稀土的催化剂4号中锆的含量(0.5%)大于无稀土的催化剂3号中锆的含量(0.3%),锆是形成超强酸位的活性组份,故稀土元素的加入有利于提高催化剂活性.样品3、4号的O1s结合能为530.5 eV,与Zr(SO4)2(O1s结合能为532.0 eV)不同,说明催化剂表面物种为ZrO2,没形成硫酸锆等稳定的硫酸盐.2.3.2 根据催化剂XPS谱图研究催化剂B、L酸位XPS技术是确定复合金属氧化物Br nsted和Lewis酸酸位及其酸强度的有效测试手段,N1s峰在400.0±0.2 eV(主要)和401.8±0.2 eV(次要)XPS峰值对应于不同强度的Bronsted 酸〔8〕.图12中4#曲线为催化剂SZSB-11的N1s元素的XPS谱图,由图可知:N1s的峰值在401.69 eV和400.29 eV,这两个峰值分别对应于强和弱的B酸位,而且强B酸位量大于弱B酸位;而样品SZB-10(3#曲线)只存在一种对应于强B酸位的峰401.69 eV,可见由于添加稀土,酸种类增多,催化剂SZSB-11酸强度减弱,与前面实验及IR光谱结论相吻合.图10 样品3、4号中N1S的XPS谱图Fig.10 XPS patterns of element N1Sin Samples 3,4此外,N1s峰在主峰附近出现低结合能的肩峰399.0 eV对应于L酸位,从图10上看未检测到该峰,可能是由于样品B酸量远大于L酸量的缘故.综上可知:催化剂SZSB-11表面的Zr、O、S等元素的电子结合能有所提高,说明过二硫酸根、氧化钐对催化剂的改性有利于金属锆的正电性的提高,表面各元素能态的协同作用结果,导致改性催化剂有较高的活性.我欲与君相知，长命无绝衰山无棱，江为竭冬雷震震，夏雨雪天地合，乃敢与君绝！。
贵金属催化剂的制备与表征
贵金属催化剂的制备与表征催化剂是一种能够促进化学反应的物质，其中贵金属催化剂具有独特的催化性能。
贵金属催化剂可以催化许多重要的化学反应，如加氢、氧化、脱氢等反应，具有广阔的应用前景。
本文将介绍贵金属催化剂的制备与表征。
一、贵金属催化剂的制备制备贵金属催化剂的方法多种多样，比较常见的有贵金属离子还原法、嵌入法、沉淀法、还原处理后膜法等。
1. 贵金属离子还原法贵金属离子还原法是一种经典的贵金属催化剂制备方法。
该方法使用贵金属盐溶液，将其还原成贵金属纳米粒子。
还原剂通常是还原性较强的物质，如氢气、氯化亚锡、氨水等。
通常，还原剂的数量、还原温度及pH值等因素均会对贵金属催化剂的制备产生影响。
2. 嵌入法嵌入法是一种简单易行的贵金属催化剂制备方法。
该方法通常将贵金属催化剂嵌入到载体中，如炭黑、硅胶等。
嵌入贵金属的原理是将贵金属盐的水溶液与载体溶液混合，然后将混合物固化后，通过热处理或还原处理，将贵金属氧化物还原成纳米粒子。
这种方法制备的贵金属催化剂常常具有高的活性和选择性。
3. 沉淀法沉淀法是一种常见的贵金属催化剂制备方法。
该方法将贵金属盐溶液加入还原剂，制备贵金属纳米粒子。
然后通过离子交换或阳离子吸附等方法，将贵金属纳米粒子沉淀到载体表面，制备贵金属催化剂。
4. 还原处理后膜法还原处理后膜法是一种新型的贵金属催化剂制备方法。
该方法将贵金属盐溶液分散在载体溶液中，制备贵金属纳米粒子。
然后将溶胶涂覆在载体上，通过还原处理制备贵金属催化剂膜。
这种方法制备的贵金属催化剂通常具有较高的催化活性和选择性。
二、贵金属催化剂的表征贵金属催化剂的表征是制备催化剂的过程中十分重要的一环。
正确而准确地表征贵金属催化剂的物理和化学性质，能够为催化反应机理的研究提供有力的支持。
1. 粒径分布粒径分布是一种表征贵金属催化剂粒子大小的方法。
通常，通过透射电镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等仪器，观察贵金属粒子的形貌和大小。
贵金属粒子的粒径大小是影响贵金属催化剂催化活性和选择性的重要因素之一。
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固体酸催化剂的表征方法与工业应用实例表格1固体超强酸的酸性测定常用方法侧定方法原理准确度及其它Hammett指示剂法具有不同pK值的有机物在酸性介质上反应而引起的颜色变化不适宜有色催化剂的侧定.该方法在某些情况下具有不确定性，必须用其它方法进行佐证，才能得出最后结论减性分子(如氨、毗咬、正丁胺等)的程序升温脱附(TPD)碱性分子在不同中心上吸附强度的差异导致其脱附温度的不同，由此而形成的谱图。
强酸易导致吸附质的的分解，欲用TPD表征固休超强酸的酸性，需要找到一种拢氧化性的适当的碱性探针分子。
特征吸附光谱法利用氨、毗嘴等吸附质与固体表面的酸中心作用形成特征频率的波谱，以此来区分不同类型的酸中心红外光谱法较常用，但难于准确定量，电子自旋共振技术比较繁琐但方法准确分光光度法[8j 指示剂在不同酸介质中引起的吸收波的转移该法的关键是选择适当的指示溶剂模型反应正丁烷或环己烷是相对德定的分子，但固体超强酸能在室温下使之发生骨架异构，用IR鉴定异构产物.以此判断催化剂是否是超强酸易行且可靠1.2 催化剂的表征1.2.1 IR使用美国尼高力(Nicolet)公司Nexus-670傅里叶红外光谱仪,KBr压片.1.2.2 Py-IR使用美国尼高力(Nicolet)公司Nexus 470傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),波数范围:4000 cm-1~400 cm-1(实测至1300 cm-1,CaF2窗),分辨率:4 cm-1,波数精度0.01 cm-1,扫描次数:32次.1.2.3 XPS X光电子能谱测试在美国PHI 1600ESCA SYSTEM X光电子能谱图仪上进行.以MgKα线为X射线光源,光电子能量为1254 eV.真空室真空度10-7Pa,工作电压15 kV,能量标尺以污染碳(C1S,BE=284.6 eV)校正结合能数值,分析面积0.8 mm2,通过峰面积计算表面积含量.2 结果和讨论2.1 IR光谱研究催化剂酸性K.Arata等〔7〕认为SO2-4/MXOY型固体超强酸中的活性中心是由氧化物表面的金属原子与高价硫配位形成的.金属原子与硫酸根双配位结合时有两种状态,即螯合双配位和桥式双配位,如图,一般认为表面SO2-4最高振动吸收峰位置在IR中1200 cm-1以上,是螯合双配位结合,在1200 cm-1以下是桥式双配位结合.为了考察各因素对催化剂的影响,制备了一系列催化剂(SZSB系列),催化剂编号、组成及其硫含量、酯化率结果见表1,其中催化剂3和4即催化剂SZB-10和SZSB-11.表1 催化剂组成及编号Table1 Composition and serials of catalysts催化剂编号催化剂组成制备条件硫含量/w%酯化率C%1 S2O2-8/ZrO2-SiO20.75~0.0%(未焙烧) / 31.942 S2O2-8/ZrO2-SiO2-Sm2O30.75~3.0%(未焙烧) / 30.583 S2O2-8/ZrO2-SiO20.75-0.0%-450℃3.49 99.574 S2O2-8/ZrO2-SiO2-Sm2O30.75-3.0%-450℃3.65 99.425 ZrO2-SiO20.0%-450℃(未浸渍) 0 4.196 ZrO2-SiO2-Sm2O33.0%-450℃(未浸渍) 0 4.00注:以上酯化率为探针反应实验结果表2 固体超强酸催化剂SZSB-11的IR特征吸收峰Table2 IR special adsorbed peak value of solid super acid SZSB-11SO2-4/MXOY类催化剂特征吸收峰/cm-1催化剂SZSB-11的红外特征吸收峰/cm-11040~1080 1078 1130~1150 1127,1137 1200~1280(螯合) <1200(桥式)无990无990 在SO2-4/MXOY类固体超强酸催化剂的IR谱图中,1150 cm-1和1050 cm-1两处的吸收峰较强,而1210 cm-1和990 cm-1两处的吸收峰较弱,有时被掩盖,结合图4可知:催化剂SZSB-11在1078 cm-1、1127 cm-1、1137 cm-1处的吸收均为S=O伸缩振动的特征吸收峰,具有明显的超强酸特征峰,在低波数1180~1040 cm-1的吸收表明S=O具有部分双键的特性;1639 cm-1处的吸收峰是表面复合氧化物吸附水的O-H变形振动峰,而在1620~1630 cm-1未出现硫酸盐中SO2-4的S=O伸缩振动引起的强吸收峰,表明催化剂表面不存在硫酸根,无硫酸盐,属于桥式配位的固体超强酸.此外,固体超强酸特征峰1040~1080 cm-1及1130~1150 cm-1范围内,出现谱带的劈裂现象正是催化剂表面多活性中心的体现,说明该催化剂的活性较好,具有较多的超强酸位,与实验结果一致.图1 催化剂SZSB-11的IR光谱图Fig.1 IR pattern of catalyst SZSB-112.2 Py-IR光谱研究催化剂酸性根据吡啶吸附红外光谱在1300~1700 cm-1范围内吸收峰的位置和强度可知有关样品酸位类型及其酸强度分布的信息.图2到图5为催化剂SZSB-11吸附吡啶的红外光谱图,表2为SZSB-11各脱附温度下B酸、L酸的吸收峰面积.图2 催化剂SZSB-11未吸附吡啶前得的FT-IR光谱图Fig. 2 FT-IR spectra of pyridine unadsorbed oncatalyst SZSB-11图3 催化剂SZSB-11室温下吸附Py(AD)、脱附Py(DE)的Py-IR谱图Fig.3 Py-IR spectra of pyridine adsorbed (AD)and desorbed (DE ) on catalyst SZSB-11 under roomtemperature图4 催化剂SZSB-11的AD-Py、DE-Py区间放大的FT-IRFig.4 FT-IR amplifying spectra of AD-Py、DE-Pyon catalyst SZSB-11图5 催化剂各温度下的脱附FT-IR谱图Fig. 5 FT-IR spectra of pyridine desorbed oncatalyst under different temperature266内蒙古大学学报(自然科学版) 2005年从图3、图4可以看出,样品在1541 cm-1、1448 cm-1处都有吡啶吸收峰出现,说明催化剂表面既有B酸位,也有L酸位;从各自吸收峰面积看,催化剂SZSB-11的B酸位多于L酸位.表2中SZSB-11各脱附温度下B酸、L酸吸收峰面积也进一步证实了上述性质.表3 催化剂SZSB-11各脱附温度下B酸、L酸的吸收峰面积Table3 Adsorbed peak area of B and L acid of catalyst SZSB-11under different desorbed temperature催化剂脱附温度/℃B酸(1541 cm-1)峰面积L酸(1448 cm-1)峰面积SZSB-11 100 1.409 0.247150 1.129 0.190(S2O2-8/ZrO2-SiO2-Sm2O3) 200 0.869 0.153250 0.370 0.139W=14.7mg 300 / /总酸量3.777 0.729注:“/”代表基本上看不清楚;L酸峰面积也不明显,仅作参考.由于酯化反应需中等强度B酸催化,而SZSB-11催化剂表面B酸位多,故在酯化反应中该催化剂活性很高,与前面实验结论(酯化率94.22%)相一致.2.3 XPS研究催化剂超强酸位的形成对SZSB系列各催化剂采用XPS分析各元素结合能如下,催化剂组成及编号见表1.2.3.1 固体超强酸位的形成曲线上的标号为催化剂的编号:图6、图7是固体超强酸催化剂3(即SZSB-10)和4(即SZSB-11)的XPS硫元素能谱图.图6 样品3号、4号硫元素XPS能谱图Fig.6 XPS patterns of element S in samples 3 and 4图7 样品3号、4号锆元素XPS能谱图Fig.7 XPS patterns of element Zr in samples 3 and 4图8 样品3号的XPS全图Fig.8 XPS patterns of sample 3 图9 样品4号的XPS全图Fig.9 XPS patterns of sample 4267第3期吴燕妮等固体超强酸催化剂S2O2-8/ZrO2-SiO2-Sm2O3的酸性研究从图中结合能分析结果可以看出,催化剂SZSB系列的S2p的电子结合能169.25 eV与文献〔5〕催化剂SO2-4/ZrO2的S2p的电子结合能169.28 eV基本相等,说明氧化物表面的硫元素为高价+6价,与红外光谱分析一致;比一般硫酸盐中的S2p的电子结合能(168.9 eV)高,这说明固体超强酸催化剂中的硫原子比一般硫酸盐中的硫原子的吸电子能力更强、缺电子性更明显,且催化剂表面的高价硫可能主要与ZrO2-SiO2中Zr原子结合而形成超强酸酸位.从图8、图9催化剂3和4号样品的XPS全图可知,催化剂表面Si的原子百分比分别是27.2%和24.9%,Zr 的原子百分比分别是0.3%和0.5%,可见催化剂表面Si原子数大于Zr原子数,样品4的硫含量(硫原子百分比1.6%)高于样品3的硫含量(硫原子百分比1.2%),与前面硫酸钡法测试硫含量结果(见表1)相符,说明氧化钐的添加有利于表面硫含量的增加.对比图8与图9中3号样品与4号样品XPS全图锆元素含量可知:添加稀土的催化剂4号中锆的含量(0.5%)大于无稀土的催化剂3号中锆的含量(0.3%),锆是形成超强酸位的活性组份,故稀土元素的加入有利于提高催化剂活性.样品3、4号的O1s结合能为530.5 eV,与Zr(SO4)2(O1s结合能为532.0 eV)不同,说明催化剂表面物种为ZrO2,没形成硫酸锆等稳定的硫酸盐.2.3.2 根据催化剂XPS谱图研究催化剂B、L酸位XPS技术是确定复合金属氧化物Br nsted和Lewis酸酸位及其酸强度的有效测试手段,N1s峰在400.0±0.2 eV(主要)和401.8±0.2 eV(次要)XPS峰值对应于不同强度的Bronsted 酸〔8〕.图12中4#曲线为催化剂SZSB-11的N1s元素的XPS谱图,由图可知:N1s的峰值在401.69 eV和400.29 eV,这两个峰值分别对应于强和弱的B酸位,而且强B酸位量大于弱B酸位;而样品SZB-10(3#曲线)只存在一种对应于强B酸位的峰401.69 eV,可见由于添加稀土,酸种类增多,催化剂SZSB-11酸强度减弱,与前面实验及IR光谱结论相吻合.图10 样品3、4号中N1S的XPS谱图Fig.10 XPS patterns of element N1Sin Samples 3,4此外,N1s峰在主峰附近出现低结合能的肩峰399.0 eV对应于L酸位,从图10上看未检测到该峰,可能是由于样品B酸量远大于L酸量的缘故.综上可知:催化剂SZSB-11表面的Zr、O、S等元素的电子结合能有所提高,说明过二硫酸根、氧化钐对催化剂的改性有利于金属锆的正电性的提高,表面各元素能态的协同作用结果,导致改性催化剂有较高的活性.我欲与君相知，长命无绝衰山无棱，江为竭冬雷震震，夏雨雪天地合，乃敢与君绝！。