Experimental methods in chemical engineering: Temperature programmed surface reaction spectroscopy—TPSR

催化作用 化学 氧化物 分子 金属 氧化还原 化学反应 物理化学 无机化学 有机化学
作者
Jih‐Mirn Jehng,Israel E. Wachs,Gregory S. Patience,Yong‐Ming Dai
出处
期刊:Canadian Journal of Chemical Engineering [Wiley]
卷期号:99 (2): 423-434 被引量:7
标识
DOI:10.1002/cjce.23913
摘要

Abstract Temperature programmed surface reaction spectroscopy (TPSR) is a powerful technique to determine the surface chemistry of bulk metal, supported metal, bulk metal oxide, supported metal oxide, zeolite, and molecular sieve catalysts. It can provide both qualitative and quantitative analysis of the surface active sites present on the catalyst surface, the reaction mechanisms, and kinetics occurring on the catalyst surface by using chemical probe molecules such as alcohols, carboxylates, and specific acidic‐basic reacting gases. In this tutorial review, the highly informative CH 3 OH chemical probe molecule was used to highlight the information that can be obtained from CH 3 OH ‐TPSR experiments. The CH 3 OH molecule readily interacts with the catalyst surface to form surface CH 3 O · and HCOO · intermediates that react to produce HCHO/ HCOOCH 3 / (CH 3 O) 2 CH 2 , CH 3 OCH 3 , and CO/CO 2 products related to the surface redox, acid and basic nature, respectively. Integration of the CH 3 OH ‐TPSR spectra peaks provide the number of surface active sites. The surface kinetic information provided by CH 3 OH ‐TPSR allows to discriminate between different reaction mechanisms (first‐order, second‐order, Langmuir‐Hinshelwood, and Mars‐van Krevelen). We discuss the uncertainty inherent in CH 3 OH ‐TPSR experiments and address source of errors and detection limits. Web of Science indexed over 800 articles citing TPSR since 1990. A bibliometric analysis identified four clusters of reactions and catalysts: the dominant catalysts for partial oxidation and water gas shift were Ni, Ru, and Pt; CeO 2 , Co, Cu, Rh, Pd, and perovskites were the main catalysts for combustion and hydrogenation; Ag and zeolites were grouped with reduction; and, Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiO 2 , and V 2 O 5 were applied for dehydrogenation.

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