Chemisorption

Chemisorption Analytische Messverfahren

Messmethoden zur Ermittlung der chemischen Adsorption (oder Chemisorption), die auch Reaktionen umfassen, sind nützlich zur Bestimmung physikalischer und chemischer Materialeigenschaften, welche für die Prozessperformance und den Reaktionsumsatz entscheidend sind.

Zu solchen Eigenschaften zählen beispielsweise die (Reduktions-) Temperatur, bei der Metalle katalytisch aktiv werden, die Menge an Metall an der Oberfläche oder die Anzahl der aktiven Spezies, die für die Reaktion zur Verfügung stehen. Des Weiteren kann der Einfluss verschiedener aktiver Zentren auf die Reduktions- bzw. Oxidationsprozesse untersucht werden.

Statische Chemisorption

Bei der statischen Chemisorption werden zwei „Adsorptionsisothermen“ (die Gasmenge, die als Funktion des Drucks bei konstanter Temperatur adsorbiert wird) bei Drücken unterhalb des atmosphärischen Drucks gemessen:

die erste Isotherme repräsentiert die Gesamtadsorption während die zweite die reversible Adsorption repräsentiert. Die Differenz der beiden Isothermen wird als irreversible Adsorption oder als Chemisorption bezeichnet.

Diese Technik liefert Informationen über die Menge an zugänglichen Adsorptionsstellen, aus denen nachfolgende Berechnungen durchgeführt werden können. Wenn die Analyse der aktiven Oberfläche bei einer bestimmten Temperatur durchgeführt wird, wird dies als isotherme Chemisorption bezeichnet.

Dynamische Chemisorption

Mit Hilfe der dynamischen Chemisorption können die Art, die Anzahl und die Stärke der aktiven Zentren durch Adsorption, Desorption oder Reaktion unter isothermen oder temperatur-gesteuerten Bedingungen quantifiziert werden. Dynamische Chemisorption nutzt die Puls-Chemisorption in einem dynamischen Flusssystem, um die aktive Oberfläche zu bestimmen. Durch den Aufbau als dynamisches System kann, je nach Experiment, die Probe für sehr kurze Zeit einer sehr geringeren Konzentration an aktivem Gas ausgesetzt werden. Abhängig von der Probe können die Gleichgewichtseinstellung und der Zugang des aktiven Gases zu den bestimmenden Adsorptionsstellen im statischen Aufbau schneller sein.

Temperaturprogrammierte Analysen

Temperaturprogrammierte Analysen werden verwendet, um Chemisorptionsbindungen unter kontrollierten Bedingungen und unterschiedlicher thermischer Energie zu untersuchen.
TPD-Temperaturprogrammierte Desorption
Die TPD wird verwendet, um die Desorption von physikalischen und chemisch gebundenen Molekülen oder Atomen auf der Oberfläche eines Materials zu untersuchen. Die Temperatur wird erhöht bis die thermische Energie ausreicht, um die Chemisorptionsbindungen zu brechen. Durch das Überwachen der Temperaturen, bei denen Moleküle freigesetzt werden, und die Bestimmung des Volumens des desorbierten Gases bei jeder Temperatur können die Stärke und die Anzahl der Adsorptionsstellen bestimmt werden.

TPR – Temperaturprogrammierte Reduktion
Die TPR (Reduktion) wird verwendet, um die Menge an reduzierbaren Spezies in der Probe zu messen. Diese Analyse wird typischerweise verwendet, um einen metallgestützten Katalysator zu charakterisieren.

TPO-Temperaturprogrammierte Oxidation
Die TPO (Oxidation) wird verwendet, um die in einem Material enthaltenen oxidierbaren Stellen zu quantifizieren. Die TPO wird in Anwendungen wie der Untersuchung der Verkokungskinetik, der Bewertung des Abbrennens von Katalysatorkohlenstoff, der Bestimmung der verschiedenen Formen von kohlenstoffhaltigen Ablagerungen, die auf den Katalysatoren nach einer CO-Zersetzungsreaktion vorhanden sind, oder, allgemeiner gesagt, Messungen des Sauerstoffverbrauchs verwendet.

Chemisorptionsuntersuchungen bei der PTA:

Volumetrische Chemisorptionsanalyse
Dynamische oder Puls-Chemisorptionsanalyse
Puls-Chemisorption mit Dämpfen

Temperaturprogrammierte Untersuchungen:

Temperaturprogrammierte Reduktion (TPR)
Temperaturprogrammierte Desorption (TPD)
Temperaturprogrammierte Oxidation (TPO)
Massenspektrometrie-Analyse *

Weitere Chemisorptionsexperimente:

Desorptionswärme,

Kinetik erster Ordnung,

Isosterische Adsorptionswärme

* Nur in Verbindung mit einer temperaturprogrammierten Untersuchung oder TGA