物理吸附化学吸附
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分子A2-表面S吸附体系的位能曲线
AYX线：表示一个分子在表面的物理吸附过程。 BXZ线：表示活性原子在表面的化学吸附过程。 AYXZ线：表示一个分子在表面的解离化学吸附过程。
Precursor state: a weakly bound state in which the molecule may have several potential sites for chemisorption during its residence on the surface.
化学吸附 吸附作用 吸附质分子和吸附中心之 间化学键的形成 物理吸附 分子间作用力，如永久性偶 极矩,诱导性偶极矩,四极吸引 作用等
吸附热
吸附速率
>80 kJ/mol
活化吸附,吸附速率慢
0-40 kJ/mol
非活化吸附,吸附速率快
脱附活化能 发生温度 选择性
吸附层 可逆性
化学吸附热 高温(>气体的液化点) 有选择性,与吸附质,吸附 剂本质有关
等压线上A和B两个极大值对应于两种化学吸附，它 们发生在两种不同的吸附中心上。
二维等高的位能图来表示分子靠近固体表面时的能量变化情况
H2-金属表面的二维位能图
反应通道（虚线）：开始H-H距离是恒定的，随着分子接近表面， 接着出现一个活化势垒，一直越过马鞍点（过渡态），虽然Z变 化较小，但H-H距离增加，最后分子解离成原子。
9.12 14.64 24.01 23.26 44.22 18.41 20.9 33.5 37.7 37.7 58.6 35.6
某些气体的化学吸附热（kJ/mol）
气体 H2 O2 N2 586 Ti Ta 188 Nb W Cr 188 Mo 167 720 293 Mn 71 Fe 134 Co Ni Rh 117 494 293 Pt
四、化学吸附的分子轨道图 把金属-吸附质体系作为“表面分子”，其分子轨道由金属和 吸附分子轨道组成。 单原子的吸附 （a）强化学吸附键
（b）弱化学吸附键
（c）不能成键， 原子离开表面
原子在d-金属上化学吸附的简化轨道示意图
双原子分子的化学吸附
双原子分子（H2）在d-金属上化学吸附的轨道示意图
1）由HOMO组合新的分子轨道。 2）对LUMO做相同的处理。 3）观察这些轨道相对于金属Fermi能级的位置，并且找出哪 一个轨道被填充及填充的程度
两个规律：
1、占有的分子轨道和占有的表面轨道之间的相互作用原 则上产生一个排斥作用。因为成键和反键的化学吸附轨道 两者都将使占据的。然而，如果反键轨道落在Fermi能级 轨道之上，这种排斥作用将会部分或者全部的被解除（如 CO在Rh金属上5轨道的相互作用）。 2、产生成键轨道的相互作用，它可能出现在Fermi能级之 上或之下。由于吸附分子所参与的LUMO轨道相对于分子 的原子间的相互作用是反键的，相应轨道的占据将导致分 子的解离。如果是部分的占据，则对分子和表面间的成键 贡献小，同时化学吸附分子内所涉及原子的相互作用减弱 （如CO在大多数VIII族金属上2*轨道的情况）。
QP：物理吸附热
活性原子在固体表面化学吸附位能变化：通常用Morse公式 近似计算
活性原子A在固体表面S上的吸附位能曲线
Qa：形成吸附物种S-A所释放的能量。 ra: 平衡距离。
一个分子靠近表面时的能量变化情况
D：解离能 Ea：吸附活化能 Qa：化学吸附热 Ed：脱附活化能 Y：物理吸附态/前驱态 X：化学吸附过渡态 Z：化学吸附态
CO
CO2 NH3 C2H4
640
682 703 577 552 456 301 427 339 372 222
192
225 188 286
176
146 184 155 243 209
三、吸附位能曲线 物理吸附位能变化：通常用Lennard-Jones曲线来描述
A2分子在固体表面S上的物理吸附位能曲线
从吸附位能曲线还可得出以下两个结论： 1、由于表面的吸附作用，分子在表面上解离需要克服 Ea能垒，在气相中直接解离则需要D，分子在表面上活 化比在气相中容易，这是由于催化剂吸附分子改变了 反应途径的结果。 2、在数值上，脱附活化能等于吸附活化能与化学吸附 热之和。原则上，因为能量的守和性是这一关系具有 普遍性。
第二章 吸附作用
一、概述 在气固多相催化反应过程中，都包含吸附步骤，至少有一种反 应物参与吸附过程。多相催化反应的机理与吸附的机理不可分 割。
Langmuir-Hinshelwood Mechanism
Eley-Rideal Mechanism
固体表面（surface）原子与体相（bulk）原子的最大区别： 表面原子配位不饱和，从而表现出高的化学反应活性。 吸附（adsorption）：气体在固体表面的累积。 吸收（absorption）：体相的吸附。 吸附剂（adsorbent）:吸附气体的固体物质。 吸附质（adsorbate）:被吸附的气体。 吸附态：吸附质在表面吸附以后的状态。 吸附中心/吸附位：吸附剂表面发生吸附的局部位置。 吸附过程：固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。
百度文库单层 可逆或不可逆
凝聚热 接近气体的液化点 无选择性
多层 可逆
某些气体的液化潜热和最大物理吸附热
气体 H2 O2 N2 CO CO2
25.1 37.7
CH4
C2H4
C2H2
NH3
H2O
Cl2
Q 0.92 6.69 5.61 6.02 (kJ/mol) Qmax 8.4 (kJ/mol) 20.9 20.9 25.1
脱附（desorption）: 固体表面气体浓度的减小。 脱附过程：气体在表面上的浓度减小的过程。
体相原子配位数：12
表面原子配位数：9 面心立方最密堆积（FCC）
3 fold site 三重吸附位 桥位
4 fold site 四重吸附位
顶位
表面的吸附位
二、物理吸附(physisorption)与 化学吸附(chemisorption)
活化吸附：需要活化能而发生的化学吸附 化学吸附 非活化吸附：不需要活化能的化学吸附，如 氢在金属表面的解离。
催化剂表面上存在着不同种 类的吸附中心，由于这些中 心与吸附质形成不同的表面 络合物，因而有各自的吸附 位能曲线。
能产生两种化学吸附体系的位能曲线
P=101.3 kPa
H2在铁催化剂上的吸附等压线
AYX线：表示一个分子在表面的物理吸附过程。 BXZ线：表示活性原子在表面的化学吸附过程。 AYXZ线：表示一个分子在表面的解离化学吸附过程。
Precursor state: a weakly bound state in which the molecule may have several potential sites for chemisorption during its residence on the surface.
化学吸附 吸附作用 吸附质分子和吸附中心之 间化学键的形成 物理吸附 分子间作用力，如永久性偶 极矩,诱导性偶极矩,四极吸引 作用等
吸附热
吸附速率
>80 kJ/mol
活化吸附,吸附速率慢
0-40 kJ/mol
非活化吸附,吸附速率快
脱附活化能 发生温度 选择性
吸附层 可逆性
化学吸附热 高温(>气体的液化点) 有选择性,与吸附质,吸附 剂本质有关
等压线上A和B两个极大值对应于两种化学吸附，它 们发生在两种不同的吸附中心上。
二维等高的位能图来表示分子靠近固体表面时的能量变化情况
H2-金属表面的二维位能图
反应通道（虚线）：开始H-H距离是恒定的，随着分子接近表面， 接着出现一个活化势垒，一直越过马鞍点（过渡态），虽然Z变 化较小，但H-H距离增加，最后分子解离成原子。
9.12 14.64 24.01 23.26 44.22 18.41 20.9 33.5 37.7 37.7 58.6 35.6
某些气体的化学吸附热（kJ/mol）
气体 H2 O2 N2 586 Ti Ta 188 Nb W Cr 188 Mo 167 720 293 Mn 71 Fe 134 Co Ni Rh 117 494 293 Pt
四、化学吸附的分子轨道图 把金属-吸附质体系作为“表面分子”，其分子轨道由金属和 吸附分子轨道组成。 单原子的吸附 （a）强化学吸附键
（b）弱化学吸附键
（c）不能成键， 原子离开表面
原子在d-金属上化学吸附的简化轨道示意图
双原子分子的化学吸附
双原子分子（H2）在d-金属上化学吸附的轨道示意图
1）由HOMO组合新的分子轨道。 2）对LUMO做相同的处理。 3）观察这些轨道相对于金属Fermi能级的位置，并且找出哪 一个轨道被填充及填充的程度
两个规律：
1、占有的分子轨道和占有的表面轨道之间的相互作用原 则上产生一个排斥作用。因为成键和反键的化学吸附轨道 两者都将使占据的。然而，如果反键轨道落在Fermi能级 轨道之上，这种排斥作用将会部分或者全部的被解除（如 CO在Rh金属上5轨道的相互作用）。 2、产生成键轨道的相互作用，它可能出现在Fermi能级之 上或之下。由于吸附分子所参与的LUMO轨道相对于分子 的原子间的相互作用是反键的，相应轨道的占据将导致分 子的解离。如果是部分的占据，则对分子和表面间的成键 贡献小，同时化学吸附分子内所涉及原子的相互作用减弱 （如CO在大多数VIII族金属上2*轨道的情况）。
QP：物理吸附热
活性原子在固体表面化学吸附位能变化：通常用Morse公式 近似计算
活性原子A在固体表面S上的吸附位能曲线
Qa：形成吸附物种S-A所释放的能量。 ra: 平衡距离。
一个分子靠近表面时的能量变化情况
D：解离能 Ea：吸附活化能 Qa：化学吸附热 Ed：脱附活化能 Y：物理吸附态/前驱态 X：化学吸附过渡态 Z：化学吸附态
CO
CO2 NH3 C2H4
640
682 703 577 552 456 301 427 339 372 222
192
225 188 286
176
146 184 155 243 209
三、吸附位能曲线 物理吸附位能变化：通常用Lennard-Jones曲线来描述
A2分子在固体表面S上的物理吸附位能曲线
从吸附位能曲线还可得出以下两个结论： 1、由于表面的吸附作用，分子在表面上解离需要克服 Ea能垒，在气相中直接解离则需要D，分子在表面上活 化比在气相中容易，这是由于催化剂吸附分子改变了 反应途径的结果。 2、在数值上，脱附活化能等于吸附活化能与化学吸附 热之和。原则上，因为能量的守和性是这一关系具有 普遍性。
第二章 吸附作用
一、概述 在气固多相催化反应过程中，都包含吸附步骤，至少有一种反 应物参与吸附过程。多相催化反应的机理与吸附的机理不可分 割。
Langmuir-Hinshelwood Mechanism
Eley-Rideal Mechanism
固体表面（surface）原子与体相（bulk）原子的最大区别： 表面原子配位不饱和，从而表现出高的化学反应活性。 吸附（adsorption）：气体在固体表面的累积。 吸收（absorption）：体相的吸附。 吸附剂（adsorbent）:吸附气体的固体物质。 吸附质（adsorbate）:被吸附的气体。 吸附态：吸附质在表面吸附以后的状态。 吸附中心/吸附位：吸附剂表面发生吸附的局部位置。 吸附过程：固体表面上的气体浓度由于吸附而增加的过程。
百度文库单层 可逆或不可逆
凝聚热 接近气体的液化点 无选择性
多层 可逆
某些气体的液化潜热和最大物理吸附热
气体 H2 O2 N2 CO CO2
25.1 37.7
CH4
C2H4
C2H2
NH3
H2O
Cl2
Q 0.92 6.69 5.61 6.02 (kJ/mol) Qmax 8.4 (kJ/mol) 20.9 20.9 25.1
脱附（desorption）: 固体表面气体浓度的减小。 脱附过程：气体在表面上的浓度减小的过程。
体相原子配位数：12
表面原子配位数：9 面心立方最密堆积（FCC）
3 fold site 三重吸附位 桥位
4 fold site 四重吸附位
顶位
表面的吸附位
二、物理吸附(physisorption)与 化学吸附(chemisorption)
活化吸附：需要活化能而发生的化学吸附 化学吸附 非活化吸附：不需要活化能的化学吸附，如 氢在金属表面的解离。
催化剂表面上存在着不同种 类的吸附中心，由于这些中 心与吸附质形成不同的表面 络合物，因而有各自的吸附 位能曲线。
能产生两种化学吸附体系的位能曲线
P=101.3 kPa
H2在铁催化剂上的吸附等压线