催化剂广泛应用于从消费品生产到环境保护的各种领域，催化剂的优化设计和有效利用需要对活性材料的表面结构和表面化学有全面的了解。化学吸附分析技术提供了评估催化剂材料性能所需的大量信息，它是对表面活性位点直接有效的表征手段，能够分析催化剂活性位点的数量和强度，以及确认活性位点的性质是酸性、碱性或氧化还原性等。

什么是化学吸附？

化学吸附（Chemisorption），又称化学吸附作用，是指在暴露表面上的化学反应。在化学反应过程中，吸附质与吸附剂表面形成不同的化学结合键。与物理吸附不同，化学吸附具有高度特异性，涉及将被吸附的气体或蒸汽分子分解为原子、自由基或离子，这些粒子通过化学键与表面特定吸附位点结合。

这种相互作用的典型特征是高结合能，且在标准条件下不可逆。化学吸附在催化剂表征中发挥着关键作用，为以下催化剂特性提供重要洞察：金属实现催化活性的还原温度、可用于反应的表面金属或活性位点数量、特定活性位点的强度，以及材料在经历还原或氧化循环后的性能表现。

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第二十二届全国催化学术会议

麦克默瑞提克 & 马尔文帕纳科

展位 C12

2025/12/12-16 厦门国博会议中心

化学吸附与催化剂的关系

催化剂能影响化学反应速率而不改变化学平衡。其“活性”金属的表面由化学吸附位点组成，负载型催化剂是指活性金属以细颗粒分散在载体上的催化剂，位于载体表面的颗粒可与吸附剂反应。

如果加速的反应速率仅仅是由于表面分子浓度的增加，则催化作用可由反应物的物理吸附产生。如果是化学吸附使得反应物（吸附分子）更容易发生化学反应，则催化作用是由形成的活性表面键中间体产生。这也是化学吸附作为分析技术在催化研究中非常重要的原因之一。

多相催化反应循环的阶段为：

（1）反应物向催化剂表面的扩散（传输）

（2）反应物的化学吸附

（3）化学吸附物种间的表面反应

（4）产物从催化剂表面的脱附

（5）产物从催化剂表面的扩散

可采用物理吸附和压汞法等分析技术预测步骤 1 和 5 的速率，比如表征催化材料的孔隙率。表征步骤 2、3 和 4 则是化学吸附分析的领域。

Micromeritics 化学吸附解决方案

Micromeritics 提供两种化学吸附分析技术：静态化学吸附和动态化学吸附。

在静态化学吸附中，通常在低于大气压的压力下获取两条吸附等温线（恒定温度下，气体吸附量与压力的函数关系）：第一条等温线是物理吸附和化学吸附的总吸附量，第二条是可逆的物理吸附量，两者的差异是不可逆的化学吸附量。 静态化学吸附测量值可计算吸附位点数量。在特定温度下的活性表面分析称为等温化学吸附。Micromeritics 静态化学吸附仪有 3Flex 和 ASAP 2020 Plus 两款仪器，它们可在一系列压力下完成测试。

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在动态化学吸附中，可以根据等温或程序升温条件下的吸附、脱附或反应来量化活性位点的特征、数量和强度。动态化学吸附可通过一系列程序升温分析，如 TPR,TPO,TPD 等和脉冲化学吸附表征材料活性表面。

在动态系统中，低浓度活性气体可能仅与样品接触几秒钟，具体视实验设置而定。在静态系统中，活性气体可能会更快地达到平衡状态，到达目标吸附位点，具体视样品而定。

Micromeritics 动态化学吸附仪有 3Flex TCD、ChemiSorb Auto 和 AutoChem III 三款仪器。这三款仪器在动态流动系统中，采用脉冲化学吸附滴定活性表面进行测量。

今年全新上市的 ChemiSorb Auto 紧凑型全自动化学吸附仪具备核心化学吸附分析功能，是进行程序升温还原（TPR）、程序升温脱附（TPD）、程序升温氧化（TPO）以及活性表面积（金属分散度）测量的理想选择。

全新 ChemiSorb Auto 紧凑型全自动化学吸附仪可全自动运行，只需装载样品并启动分析，5 分钟内即可离开，设备会自动完成分析任务。紧凑台式设计，能够节约实验室的宝贵空间。仪器同时搭载直观的 MicroActive 软件，让不同经验水平的用户都能轻松运行实验并分析数据。

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