固体催化剂表面吸附行为的分析方法.ppt

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主讲教师：林海强
固体催化剂的气一固或液一固催化反应，通常经历以下步骤：
外扩散过程，通过流体边界层的质量传递。反应物从流相上体扩散到催化刑的外表面，此时，要先克服固体表面的“膜阻”。
催化剂孔内扩散。反应物自催化剂外表面向孔内部扩散，即内扩散过程。
化学吸附。反应物在催化剂表面进行化学吸附的过程。
被吸附的反应物在表面进行反应，转化为反应产物，即表面反应过程。
产物从催化剂表面的脱附过程。
脱附后的产物分子从催化剂的孔道向催化剂外表面扩散，即一个内扩散过程。
通过流体边界层返回流相主体的质量传递，即产物分子从催化剂外表面扩散至流相主体并被流相带走，即外扩散过程。
在催化研究中，常用单位催化剂表面(或者活性表面) 上进行反应的速率常数来表示催化活性的大小并称它为比活性。即
a ＝ K/S
式中 a——比活性；
1
K—催化反应的速率常数；
2
S一催化剂的表面积(或活性表面积)。
为此，催化剂的活性A可表示为
3
A＝ a·S
4
比活性
从表中数据可以看出，用不同方法制得的铂催化剂其活性相差约10000倍，而比活性则基本不变。这就表明．对恒定组成的催化剂，共比活性也基本恒定，而不同的制备方法只改变了催化剂表面积的大小。显然，比活性概念对评选催化剂具有重要意义。
01
我们不能单用时空产率作为活性的评价，因为一个催化剂的活性不仅取决于它的化学组成，还取决于它的表面积和孔结构是否适宜。某种催化剂的生产率低，可能不是由于它的化学组成不当，而可能是表面积和孔结构的不利因素所造成。因此，在评选催化剂时，同时测定催化剂的总表面积、活性表面积和孔径的大小与分布是有实际意义的。
02
固体表面的吸附行为
吸附
冷却
导致：1、被吸附分子在固体表面浓度的增大。
被吸附分子发生了相变，由自由气体 分子状态转变为自由度减小的状态，如液态分子。
气体被固体表面所吸附。
压力减小的原因
1
2
5
4
3
吸附质（adsorbate）：被吸附的物质
吸附剂（adsorbent）：可发生表面吸附的固体物质
吸附剂表面与吸附质之间存在相互作用力是吸附行为发生的根本原因。
范德华（Van der Waals）力--------物理吸附
形成化学键---------------化学吸附
1
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3
4
5
物理吸附及化学吸附
吸附力-------包括色散力、库仑力。
通俗而言，表面原子与固体体相中的原子所处的环境状态不同，一般表现为配位数不足，存在剩余的表面自由力场，即具有一定的表面能，因此就趋向于吸引一些物质，以降低表面能态。
分子究竟为何能被固体表面所吸附呢？
表面吸附行为----------增大反应物的表面浓度，提高反应速率；
表面活性位对反应物的吸附------反应底物的活化，降低反应能垒；
表面对反应物及反应产物吸附行为的差异-------可能使平衡反应向产物生成的方向移动；
特定的表面环境（比如，微孔表面）-------可能有利于特殊的反应进行（比如择形反应）。
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多相催化作用与表面吸附