贵金属催化讲义.pptx

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1、1.学习和掌握真空技术；2.了解压力法测定催化反应动力学的原理及方法；3.测定影响CH4催化氧化动力学的主要因素；4.了解贵金属表面CH4催化氧化反应机理。实验目的实验目的第1页/共19页超高真空是表面研究的基础超高真空是表面研究的基础大多数表面科学实验需要超高真空大多数表面科学实验需要超高真空(UHV:Ultrahighvacuum)，主要有如下两个原因：，主要有如下两个原因：1.能够制备原子水平的清洁表面，并能保持这种清洁状态有能够制备原子水平的清洁表面，并能保持这种清洁状态有足够长的时间来做实验。足够长的时间来做实验。2.保证电子、离子相关的实验手段的进行，以避免从气相的保证电子、离子相

2、关的实验手段的进行，以避免从气相的散射。散射。真空技术真空技术第2页/共19页“真空”这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义是虚无。其实真空应理解为气体较稀薄的空间。在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。真空技术是基本实验技术之一。自从1643年托里拆利(E.Torricelli)做了著名的有关大气压力实验，发现了真空现象以后，真空技术迅速发展。现在，真空技术已经成为一门独立的前沿学科。它的基本内容包括：真空物理、真空的获得、真空的测量和检漏、真空系统的设计和计算等。随着表面科学、空间科学高能粒子加速器、微电子学、薄膜技术、冶金

3、工业以及材料学等尖端科技的发展，真空技术在近代尖端科学技术中的地位越来越重要。真空的程度真空的程度1atm=760Torr1Torr=133.3Pa粗（低）真空粗（低）真空:1-10-3Torr中真空中真空:10-3-10-5Torr高真空高真空(HV):10-6-10-8Torr超高真空超高真空(UHV):(1+(bOPO2)1/2)1+(bOPO2)1/2+bCOPCObCOPCO则在本实验中，我们将测定不同反应条件下，反应的级数，Rate=kPCH4PO2第8页/共19页压力法测定催化反应动力学的原理压力法测定催化反应动力学的原理对于CH4氧化反应，CH4+2O2=CO2+2H2O一分子

4、的CH4和两分子的O2反应生成一分子的产物CO2和两分子的H2O，也即随着反应的进行物质的量减少。如果在一个封闭、固定体积的体系中进行反应，随反应的进行体系的压力减少，反应速率可表示为Rate=1/3dPtotal/dt第9页/共19页典型实验例子第10页/共19页加热电源反应气抽真空测压力变化计算反应速率或可用气相色谱分析反应容器样品实验仪器设备实验仪器设备测温度第11页/共19页PressureP0Time第12页/共19页14mm1.5mm0.275nmPd=0.275*0.275*3/2=0.06549nm2=22.5mm2=2.25x1013nm2催化剂表面Pd原子的个数2x2.25

5、x1013/0.06549=6.87x1014（个）反应速率的计算反应速率的计算每个催化活性中心上单位时间内转化反应物每个催化活性中心上单位时间内转化反应物分子到产物分子的速率。分子到产物分子的速率。Pt=0.278*0.278*3/2=0.06693nm2第13页/共19页14cm8cm4.3cm2.1cm容积容积 x(2.152x14+1.052x8)=231 ml338+12 ml压力为压力为1 Torr 气体的量气体的量n=PV/RT=133.3 x 3.5x10-4/(8.314x298)=1.88 x 10-5 mol=1.14 x 1019（分子）（分子）假设每假设每min甲烷压

6、力变化为甲烷压力变化为1 Torr，则，则TOF=1.14x1019/(60*6.87x1014)=277(CH4分子分子.每秒每秒.每个表面每个表面Pd原子原子)反应速率的计算反应速率的计算第14页/共19页实验内容实验内容1.测定CH4分压对反应速率的影响，测定反应级数;2.测定O2分压对反应速率的影响，测定反应级数；O210Torr,CH4:8,4,2,1,0.5Torr1333Pa:1066,533,266,133,67CH410.2Torr,O2:8,4,2,1,0.5Torr第15页/共19页3.测定反应温度对反应速率的影响，测定反应活化能Rate=Ae(-Ea/RT).PCH4P

7、O2Ln(Rate)=ln(APCH4PO2)-Ea/RTCH410.2Torr,O2:16Torr(80100Torr)第16页/共19页1.真空的获得；2.反应器容积的测定；3.高纯反应气的制备；4.催化剂样品清洁处理；5.测定CH4分压影响，57个数据点；6.测定O2分压影响，57个数据点；7.测定温度的影响，5个数据点；8.不同贵金属的影响；9.数据处理。实验步骤实验步骤第17页/共19页思考题思考题1.压力法测定催化反应动力学的要求？对于没有压力变化的反应可如何处理？2.CH4催化氧化在不同CH4/O2比例下对CH4或O2分压依赖性为何不同？3.测定催化反应动力学应注意什么？8-9A，8meV第18页/共19页感谢您的观看！第19页/共19页