吡啶紅外光譜法簡(jiǎn)介及原理

在催化劑的表征中，酸性部位一般是氧化物催化劑表面的活性部位，測(cè)定催化劑酸性對(duì)于研究催化劑催化性能具有重大意義[1]。測(cè)定固體酸催化劑表面酸性的方法主要有紅外光譜法、程序升溫脫附法、堿性氣體吸附法、堿滴定法和差熱法等。程序升溫脫附法可準(zhǔn)確分析固體酸催化劑的總酸量和酸強(qiáng)度，但遺憾的是，無法區(qū)分酸類型；而紅外光譜法可以很好地區(qū)分 B 酸和 L 酸，但不能準(zhǔn)確地確定酸量[2]。因此一般需要結(jié)合兩種方法來分析固體酸催化劑的酸性特征。那么這一期，我們主要講的是吡啶紅外光譜法在固體酸催化劑中的應(yīng)用，后面我們會(huì)再講程序升溫脫附法的相關(guān)知識(shí)。

圖1. 吡啶紅外光譜儀

吡啶紅外測(cè)試原理

在非均相催化反應(yīng)研究中，紅外光譜法已成為常用手段之一。一般說來，這方面的工作主要集中在兩個(gè)方面：1.研究催化反應(yīng)機(jī)理。2.考察催化劑本身，由于版面有限，這里就不具體展開討論了。當(dāng)用紅外光譜法來進(jìn)行這類表征時(shí)，不是直接測(cè)定催化劑本身的譜圖，而是借助所謂的“探針分子”，用探針分子吸附物種的紅外特征峰位置和強(qiáng)度來獲取所需要的信息[3]。

一般地，催化劑表面的酸性質(zhì)都是酸性位點(diǎn)通過與堿性探針分子相互作用而被觀測(cè)到的。紅外光譜中，對(duì)探針分子的選擇，一般要求其吸附態(tài)分子具有較高的穩(wěn)定性，且其特征峰的吸收系數(shù)較大（靈敏度高）和不被催化劑本身吸收干擾的優(yōu)點(diǎn)[3]。目前，常見的堿性探針分子有吡啶、乙腈、氨、三甲基胺和正丁胺等等，其中應(yīng)用最廣泛的是吡啶。吡啶是一種吸附能力很強(qiáng)的吸附質(zhì)，它能同時(shí)與催化劑表面的L酸和B酸相互作用，成鍵方式如下圖。

圖2. B型酸成鍵方式

這時(shí)，在紅外光譜～1540 cm^-1處有一特征峰，這是B型酸（圖2）。相反，若是和L酸配位，將得到一種配位化合物，這時(shí)在～1450 cm^-1處有一特征峰，這是L型酸（圖3）。

圖3. L型酸成鍵方式

由于版面有限，這一期就先介紹到這里，下一期我們會(huì)用文獻(xiàn)中的實(shí)例來為大家介紹--吡啶紅外光譜法是如何測(cè)定固體酸催化劑的表面酸性的。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉維橋，孫桂大． 固體催化劑實(shí)用研究方法［M］． 1 版． 北京:中國(guó)石化出版社，2000:192．

[2] 劉曉颯,陳淑俊,趙鐵英,李德艷,白小鴿,李留琴.吡啶-熱脫附-紅外法確定催化劑酸性[J].工業(yè)催化,2015,23(10):817-820.

[3] 唐慶余. 紅外光譜測(cè)定固體酸催化劑表面酸性[J]. 煉油與化工, 2004.