高温下有热重损失对化学吸附测试的影响

TPD/TPR测试中，高温热重损失（质量减少）通常源于两类过程，需先通过空白实验或热重（TG）预实验确认：

样品自身的热分解/挥发：

载体或活性组分的分解（如金属有机酸盐载体在400-600℃分解为氧化物，释放CO₂、H₂O）；

样品中残留杂质的挥发（如制备过程中吸附的有机溶剂、硝酸盐在高温下分解挥发）。

与TPD/TPR目标过程的叠加：

TPD中：除目标脱附物种（如NH₃、CO₂）外，样品分解产生的气体（如H₂O、CO₂）与目标脱附峰重叠；

TPR中：样品分解消耗还原气（如H₂），或分解产物（如O₂）与还原气反应，干扰还原峰信号。

1.对TPD测试的影响：目标脱附峰被掩盖或误判

TPD的核心是通过检测“样品脱附的目标气体”的信号强度，分析活性位点数量与强度。高温热重损失的干扰体现在：

气体信号重叠：若热重损失产生的气体（如H₂O、CO₂）与目标脱附气体的“检测通道”相同，会导致目标峰被掩盖或峰面积虚高。

活性位点破坏：样品分解（如载体坍塌）可能导致部分活性位点消失，使目标脱附峰强度降低，低估活性位点数量。

2.对TPR测试的影响：还原峰偏移或峰面积失真

TPR的核心是通过检测“还原气（如H₂）的消耗量”，分析活性组分的还原温度与还原程度。高温热重损失的干扰更直接：

还原气消耗异常：样品分解产生的氧化性气体（如O₂、CO₂）会与H₂反应（如O₂+H₂→H₂O），额外消耗H₂，导致“假还原峰”（非活性组分还原，而是分解产物与H₂的反应峰）。

例：负载硝酸盐的催化剂（如Cu(NO₃)₂/Al₂O₃）在300-400℃分解为CuO和NO₂（热重损失），NO₂与H₂反应生成N₂和H₂O，会在TPR谱图中出现一个额外的峰，若未意识到是分解产物的反应，易误判为“Cu²⁺→Cu⁰的还原峰”（实际CuO的还原峰在250-300℃）。

样品形貌改变：热重损失导致样品颗粒团聚或载体孔结构坍塌，会阻碍还原气扩散到活性组分表面，使还原峰向高温偏移（还原难度增加），或还原峰分裂（部分活性组分被包裹无法还原）。

3.共性影响：基线漂移与数据重复性差

无论TPD还是TPR，高温热重损失都会导致“系统内气体组成或压力波动”，进而引发检测信号（如TCD的桥流、质谱的离子强度）基线漂移：

若热重损失是“快速剧烈的”（如样品突然分解释放大量气体），基线会出现尖锐的波动峰，与目标峰叠加，无法区分；

若热重损失是“缓慢持续的”（如样品缓慢挥发），基线会持续漂移，导致目标峰的起始温度和峰面积计算误差（如将基线漂移误判为弱脱附/还原峰）。

此外，热重损失的程度易受样品用量、升温速率影响（如样品用量多，分解更剧烈），导致多次平行实验的谱图差异大，重复性差。

若样品在高温段有热重损失，需通过“预实验验证→实验条件优化→数据校正”三步确保测试结果可靠：

1.第一步：预实验确认热重损失的来源与温度范围

先通过单独的热重分析（TG）或TG-DSC联用实验，确定样品的热重损失温度区间、质量损失率及分解产物，为TPD/TPR条件设置提供依据：

2.第二步：优化TPD/TPR实验条件，减少干扰

样品预处理：在TPD/TPR测试前，对样品进行“低温预处理”，提前去除易挥发杂质或弱吸附物种（如120℃下用惰性气体（Ar）吹扫1-2小时，去除样品吸附的H₂O、有机溶剂），避免这些物种在高温段与目标峰重叠；

控制升温速率：降低升温速率（如从10℃/min降至5℃/min），使热重损失缓慢进行，减少基线剧烈波动；同时，缓慢升温可使目标脱附/还原峰更尖锐，便于与分解峰区分；

调整样品用量：减少样品用量（如从50mg降至20mg），降低热重损失的绝对量，减少分解气体对检测信号的干扰；但需注意样品用量过少会导致目标峰信号过弱，需平衡“信号强度”与“干扰程度”；

3.第三步：数据校正与结果解读，排除假阳性信号

测试后需通过“空白实验对比”和“数据校正”，确保结果解读准确：

空白实验对照：测试“纯载体”的TPD/TPR谱图（如Al₂O₃、SiO₂），对比“载体+活性组分”的谱图，若载体在高温段有峰（如载体分解的CO₂峰），则从样品谱图中扣除载体的峰，得到仅由活性组分贡献的目标峰；

TPD/TPR测试中遇到高温热重损失，核心原则是“先确认来源→再优化条件→最后校正数据”：

若热重损失小、与目标峰无重叠，可直接测试，仅需扣除空白载体峰；

若热重损失大、与目标峰重叠，需通过预处理、调整检测手段等减少干扰，且结果解读需结合TG、XRD等多表征验证，避免误判“假峰”或“峰强度失真”。

本文源自微信公众号：科研测试站

原文标题：《高温下有热重损失，可以做化学吸附测试吗？》

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/xFl4SNZ5Pr8r9I23mbxZSg