化学吸着は、固体材料（特に触媒）の表面特性を研究するために一般的に用いられる分析方法である。物理吸着とは異なり、物理吸着は弱いvanderWaals力によって引き起こされ、化学吸着は共有結合やイオン結合などの強い相互作用である。この相互作用は高度に特異的であり、通常は不可逆的であり、単分子層吸着のみを形成する。化学吸着相互作用は主に固体表面と吸着質の化学的性質に依存する。

化学吸着技術は多相触媒分野において極めて重要であり、触媒の表面活性部位の数、性質と強度などの情報を提供することができ、これらの情報は触媒性能を最適化し、金属分散度を確定し、触媒の吸着強度、活性と反応性を評価するために用いることができ、触媒設計と性能評価の核心パラメータである。

パルス化学吸着とプログラム昇温分析（TPR、TPO、TPD、TPSRなど）を含む様々な化学吸着技術が触媒特性化に広く用いられている。本文では、ChemiSorb Autoコンパクト全自動化学吸着計上でMicromeritics Pt/Al₂O型₃標本試料はパルス化学吸着特性評価を行った。

パルス化学吸着技術では、まずH₂/Ar混合ガスは試料管に流入し、高温で試料を還元した。恒温保持から不活性ガスパージ残留Hへの切り替え₂。その後、サンプルを周囲温度（例えば35℃）に冷却します。最後に、活性金属の種類に応じて適切な吸着質（例えばH₂CO、O₂またはN₂Oなど）、パルスリング中の既知量の吸着質をサンプル管にパルス注入し、サンプル吸着が飽和に達するまで注入する。吸着されたガスを除去し、パルス注入された未反応のガスは熱伝導検出器（TCD）に入り、信号中にパルスピークを形成する。

パルス化学吸着は表面特性評価技術であり、固体材料上の化学反応に使用できる活性部位の数と金属分散度を定量化するために広く使用され、またいくつかの応用における活性金属表面積を研究するためにも使用されている。適切な吸着質を選択することは極めて重要であり、2つの重要な選択原則：化学量論数と結合親和性。

Cu、Agなどの金属に対して、それらはH₂COとの吸着親和性は低く、吸着はほとんど発生しない。吸着質N₂OとCu、Agなどの間には結合親和性が強く、Cu、Agなどの金属化学吸着特性評価により適した吸着質である。

O型₂パルス化学吸着技術によく用いられる水素酸素滴定特性評価。Pd等の金属については、H₂これにより水素化物が形成されやすいので、COは通常、Pdなどの金属化学吸着特性評価に適している。触媒が炭素担体に担持すると、H₂吸着質は炭素担体に顕著に吸着する可能性があり、結果が不正確になる可能性がある。

COはPdなどの金属により適しているが、すべてのパルス化学吸着実験には適していない。Ni、Rhなどの金属では、COはこれとカルボニル錯体を形成し、活性部位を毒し、触媒活性を低下させることができる。そのため、吸着質としてCOを選択する際は慎重にする必要があります。H₂およびCO吸着質はいずれもPt表面に吸着できるので、Ptのパルス化学吸着に使用できます。吸着質の選択は、金属分散度計算に用いられる化学量論数に影響する。H₂Pt表面に解離吸着が発生し、化学量論数は2である。COは線式、橋式、さらには多重方式で吸着することができ、それぞれの方式は異なる化学量論数に対応する。Pt/Al₂O型₃標準サンプル、COは線式で吸着し、対応する化学量論数は1である。

本論文では、ChemiSorb Auto対0.5%Pt/Al₂O型₃標準サンプルを用いて化学吸着特性評価を行い、それぞれH₂及びCOを吸着質として、金属分散度の規格範囲は31.2%±5%である。図1 A和図1 Bそれぞれ10%Hを使用₂／Arと10%CO／Heを吸着質とするパルス化学吸着パターン。ここではH₂/ar混合気はH₂空気に対するArの熱伝導率はそれぞれ7.07と0.68であり、H₂Arとの有意差によりTCDは未反応Hを効果的に区別できる₂。同様の原則としてCO/He混合ガスを採用した。

場合によっては、10%Hを取得できない場合があります₂/ar混合ガスは、N₂キャリアガスとして。N₂空気に対する熱伝導率は1.00であるため、10%H₂／N₂混合ガスはパルス化学吸着にも適用できる。

如図1 A、10%Hを使用₂／Arは吸着質として、最初のパルスピークは注入されたHを示す₂吸着質はサンプルに完全に吸着された、第2のパルスピークは、吸着質の大部分が吸着されておらず、TCDによって検出されたことを示し、最後の3つのパルスピーク間のピーク面積の差が設定閾値（5%）未満の場合、試料は吸着飽和しており、ガス注入を続ける必要がないことを示している。

如図1 B10%CO/Heを吸着質として使用し、最初のパルスピークが注入したCO吸着質はサンプルにほぼ完全に吸着された、第2および第3のパルスピークは、吸着質が完全に吸着されず、TCDによって検出されたことを示している。最後の3つのパルスピーク間のピーク面積の差が設定閾値（5%）未満の場合、試料は吸着飽和しており、ガス注入を続ける必要がないことを示している。

パルスピーク面積を積分して吸着されたガス量を算出することで、金属分散度、金属表面積、結晶粒サイズなどの情報を得ることができる。

0.5%Pt/Al₂O型₃標本はChemiSorb Auto上で6回の分析を行い、平均金属分散度と標準偏差は表1。

0.5% Pt/アル₂O型₃中負荷量0.5%の金属はすべてのPtが触媒反応に関与できるわけではない。金属分散度の測定は触媒活性の評価に重要である。たとえば、H₂／Arパルス化学吸着の結果、分散度は31.39%であり、31.39%のPtのみがH₂表面反応に接触し、関与する。残りのPtは担体内部に埋め込まれているか、担体構造に包まれている可能性があり、触媒反応に関与できない。触媒の製造方法はその接触性に顕著な影響を与える。場合によっては、活性金属粒子が担体に埋め込まれて、部分活性部位の暴露を阻害する可能性がある。

ChemiSorb Autoコンパクト全自動化学吸着計は、触媒界面活性種の割合など価値のあるデータを提供することができる。金属分散度が高いほど、通常は触媒活性が高くなる。触媒の活性を正確にテストしてこそ、ユーザーが製品の規模を拡大したり、触媒の性能を再設計したりする際に、正確で効率的な意思決定を行うのを助けることができる。

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