原位氢升温程序还原技术分析金属氧化物催化剂

原位氢升温程序还原技术分析金属氧化物催化剂
1、研究内容
氢气程序升温还原（H2-TPR）技术对催化剂表征具有重要意义。

可用的仪器通常使用热导检测器（TCD）测量H2消耗量，该热导检测器受到产生的H2O分子的强烈影响。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所李昕欣研究员开发了一种基于集成谐振微悬臂的原位H2-TPR分析技术。

微悬臂的H2-TPR技术已成功地用于表征各种金属氧化物催化剂，具有优异的精度。

相关工作以“In Situ Hydrogen Temperature-Programmed Reduction Technology Based on the Integrated Microcantilever for Metal Oxide Catalyst Analysis”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

2、研究要点
要点1.与传统的微悬臂相比，该悬臂的自由端集成了一个微加热器，为加载的样品提供高达1000℃的均匀温度。

基于微悬臂的
H2-TPR技术只需要20 ng的样品，通过读取其共振频移（Δf），自激共振并实时测量连续加热过程中的质量变化。

此外，质量分辨率优于1 pg。

要点2.与现有仪器相比，基于微悬臂的H2-TPR技术直接和原位测量还原反应引起的样品质量变化（Δm），而不使用H2消耗来间接表示还原过程，从而显著提高了表征精度。

由于反应产生的H2O分子不影响还原诱导的质量变化（即反应中涉及的分子数），因此可以直接从原位测量的Δm中获得TPR信息，不需要冷阱或非原位TCD。

要点3.基于微悬臂的TPR技术已成功地用于表征各种金属氧化物催化剂，如Co3O4、MnO2、V2O5和Ag2O。

不同粒度的三种CuO样品的原位TPR结果清楚地区分了它们的不同最高温度，揭示了催化剂的尺寸效应。

还可以将微悬臂置于低温试验室中，从而成功地对具有低还原温度的催化剂（如PdO）进行冷冻H2-TPR分析。

基于微悬臂的原位H2-TPR技术具有操作简单、检测精度高的特点，在先进催化剂的分析应用中具有广阔的前景。

3、研究图文
图1.基于原位H2-TPR的微悬臂的工作原理。

商用TPR仪器的主要部件，包括反应器、熔炉、热电偶、TCD和冷阱，都可以在集成的微悬臂中实现。

图2.原位H2-TPR的描述。

图3.四种典型金属氧化物样品的原位H2-TPR结果。

图4.三种不同粒度CuO样品的原位H2-TPR结果。

三个样品的粒度分别为约50nm、150−200 nm和10μm。

图5.冷冻H2-TPR测量技术来表征具有低还原温度的催化剂。