AMI-300IR

Характеристика катализатора

AMI-300IR представляет собой расширение наших приборов для определения характеристик катализаторов AMI, которые в различных формах производятся с 1984 года. Использование FTIR в реальном времени в сочетании с другими нашими стандартными детекторами теперь может предоставить исследователю катализаторов не только количество и силу центров, но и характер адсорбции.

Ячейки для передачи ИК-излучения

В рамках разработки этого нового продукта компания Altamira представила множество нагреваемых ИК-пропускающих элементов, которые удобно помещаются в коммерческие приборы FTIR и которые, в свою очередь, помещаются в полость печи стандартного AMI-300.

Образец может быть приготовлен в виде тонких самонесущих каталитических пластин путем прессования примерно 100 мг порошка катализатора в диск и последующего закрепления его в фирменном держателе катализатора внутри ИК-ячейки. Таким образом, ИК-луч может проходить через каталитическую пластину. На рисунках 2 и 3 показана схема ячейки и фотография реальной ячейки соответственно.

Затем образец можно подвергнуть всем стандартным процедурам AMI-300, одновременно контролируя поверхность катализатора и адсорбаты с помощью ИК-спектрометра. В то же время выходящий газ можно контролировать с помощью стандартного TCD прибора или дополнительного масс-спектрометра.

Таким образом, можно в режиме реального времени собирать информацию о том, что на самом деле происходит на поверхности образца.

Схема ячейки передачи ИК-излучения

ИК-передающая ячейка (без нагревателей и изолирующих деталей)

Наблюдение СО, адсорбированного на PT-катализаторе

Примером информации, которую можно получить с помощью этого метода, является режим адсорбции и десорбции CO на поверхности платины. 1% катализатор Pt/Al₂O₃ запрессовывали в пластину и устанавливали на ИК-ячейку. Образец восстанавливали в течение нескольких часов при 200°C, охлаждали до комнатной температуры, а затем промывали инертным газом в течение часа, чтобы удалить газовую фазу и любой слабо удерживаемый CO. Полученный ИК-спектр (вычитание фона) показал единственную четкую линию при приблизительно 2060 см^-1, соответствующую линейно адсорбированному CO (см. рис. 4)

Рисунок 4. ИК-спектр CO, адсорбированного на 1% Pt/Al₂O₃

Рисунок 5. Сигнал CO в зависимости от температуры

Затем этот образец нагревали, и в зависимости от температуры наблюдалась полоса CO (рис. 5). Согласно закону Бира, поглощение пропорционально концентрации, поэтому из этих измерений можно построить изобару и из нее получить производный TPD. Они показаны на рисунках 6 и 7 соответственно.

Рисунок 6. Изобара CO, адсорбированного на 1% Pt/Al₂O₃

Рисунок 7. Производный CO TPD

Обнаружение импульсной хемосорбции с помощью ИК-излучения

ИК-детектирование также может быть использовано во время процедур импульсной хемосорбции для определения режима (режимов) адсорбции при различных покрытиях. На рисунке 8 ниже показана адсорбция CO на платине по мере увеличения покрытия. Даже при низких покрытиях весь CO адсорбируется в одном режиме, линейно, и нет никаких свидетельств наличия “мостикового” CO. Такого рода наблюдения могут быть достигнуты только с помощью ИК-детектирования, поскольку для этого требуется смотреть на фактическую поверхность катализатора, а не на выделяющиеся газы.

Рисунок 8. Импульсная хемосорбция CO на Pt методом FTIR

Дифференциация между кислотными центрами Бронстеда и Льюиса с использованием хемосорбции аммиака

Аммиак может быть использован в качестве молекулы-зонда для определения величины и типа кислотных центров в катализаторе. Ниже, на рисунке 9, приведен пример аммиака, адсорбированного на кремнеземно-глиноземном материале. Были идентифицированы три широкие полосы, принадлежащие адсорбированному аммиаку, примерно при 1760, 1480 и 1380 см^-1. Полоса при 1480 см^-1 может быть приписана аммиаку, адсорбированному на участках кислоты Бренстеда, остальные - аммиаку, адсорбированному на участках Льюиса (см. M. Niwa et al., J. Phys. Хим.. B, 110 (2006), стр. 264). Проводя эксперименты с запрограммированной температурой и отслеживая поглощение трех полос в зависимости от температуры, можно измерить изобары для каждого типа адсорбции и исследовать силу каждой конкретной адсорбции. Эти изобары показаны на рисунке 10.

Из этих данных видно, что адсорбция, отраженная в полосе 1380 см^-1, удерживается более прочно, чем в двух других, что, возможно, указывает на более сильную связь типа Льюиса.

Рисунок 9. Полосы аммиака на кремнеземе-оксиде алюминия показаны при трех различных температурах

Рисунок 10. Изобары для каждой из трех основных полос аммиака на кремнеземе-оксиде алюминия