《现代催化研究方法》在《固体催化剂研究方法》一书的基础上，精选了十种最通用、最基本的方法，并增加了近十年的主要进展成果形成《现代催化研究方法》。全书包括催化剂的宏观物性测定、分析电子显微镜方法、热分析方法、X射线衍射分析、化学吸附和程序升温技术、分子光谱方法、核磁共振方法、光电子能谱方法、多相催化反应动力学。
《现代催化研究方法》可作为催化及材料专业硕士、博士研究生必读教材，也可作为相关专业科研技术人员的参考书。
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本书在《固体催化剂研究方法》一书的基础上，精选了十种最通用、最基本的方法，并增加了近十年的主要进展成果形成本书。全书包括催化剂的宏观物性测定、分析电子显微镜方法、热分析方法、X射线衍射分析、化学吸附和程序升温技术等。 本书可作为催化及材料专业硕士、博士研究生必读教材。
目录
前言
第1章 物理吸附和催化剂的宏观物性测定 1
1.1 吸附与物理吸附 1
1.1.1 固气表面上的吸附 1
1.1.2 物理吸附的理论模型 9
1.2 宏观物性测定 24
1.2.1 表面积 24
1.2.2 孔体积和孔径分布 31
1.2.3 颗粒度测定 41
1.2.4 密度测定 53
1.2.5 催化剂机械强度的测定 55
参考文献 57
第2章 透射电子显微镜 60
2.1 透射电子显微镜简介 61
2.1.1 电子枪 62
2.1.2 照明系统 63
2.1.3 物镜 64
2.1.4 中间镜和投影镜 65
2.1.5 记录系统 65
2.2 电子衍射和成像 66
2.2.1 电子物质相互作用 66
2.2.2电子衍射 67
2.2.3 透射电子显微镜成像 72
2.3 扫描透射电子显微镜 80
2.4 分析电子显微镜 83
2.4.1 X射线能谱 83
2.4.2 电子能量损失谱 86
2.5 电子显微镜中样品的辐射损伤 88
2.6 电子显微镜在多相催化中的应用 90
2.6.1 试样的制备 90
2.6.2 催化剂粒子大小分布 90
2.6.3 金属纳米颗粒的原子结构 92
2.6.4 二元金属粒子的化学组分和结构 95
2.6.5 金属载体相互作用 98
2.6.6 催化剂表面结构 103
2.6.7 过渡族金属氧化物催化剂 105
2.6.8 电子能量损失谱在研究催化材料中的应用 108
2.7 新型透射电镜 111
2.7.1 球差修正的透射电镜/扫描透射电镜 111
2.7.2 高能量分辨率扫描透射电子显微镜 112
2.7.3 三维电子显微技术 114
2.7.4 电子全息成像 115
2.7.5 原位环境透射电子显微镜 116
2.8 透射电子显微镜的局限性及应注意的事项 117
2.9 结束语 118
参考文献 119
第3章 热分析方法 123
3.1 热分析的分类 123
3.2 几种常用的热分析技术 125
3.2.1 热重法 125
3.2.2 差热分析 127
3.2.3 差示扫描量热法 128
3.2.4 温度调制式差示扫描量热法 129
3.3 热分析动力学简介 131
3.4 热分析在催化研究中的应用 132
3.4.1 催化剂性能方面的研究 132
3.4.2 动力学研究 139
3.4.3 纯桂分子筛结构的热力学研究 142
3.5 热分析联用技术 143
3.5.1热重分析与FTIR光谱仪联用 143
3.5.2 热重分析与质谱仪联用技术 145
3.5.3 热重-红外-质谱联用技术 146
3.6 热分析实验技巧 148
3.6.1升温速率的影响 148
3.6.2 样品用量的控制 148
3.6.3 气氛的选择 149
3.6.4 坩埚加盖与否的选择 150
3.6.5 DSC 基线 150
3.7 结束语 151
参考文献 154
第4章 X射线衍射分析 156
4.1 XRD的基本概念与基本原理 156
4.1.1晶体的对称性 156
4.1.2 晶胞及晶胞的两个基本要素 156
4.1.3 晶面和晶面指标 157
4.1.4 晶体对X射线的衍射 158
4.1.5 布拉格方程 158
4.1.6晶面间距与晶胞参数 158
4.1.7 电子的散射强度和原子的散射因子 159
4.1.8衍射强度与晶胞中原子的分布 160
4.1.9 X射线光源形成机制 160
4.1.10物相分析 161
4.1.11 平均晶粒度的测定 161
4.2 XRD在催化材料研究中的应用 162
4.2.1物相结构分析 163
4.2.2 氧化招的相含量估算 167
4.2.3 三氧化钼还原过程中晶相演变的原位XRD分析 169
4.2.4 中孔材料的小角度XRD分析 171
4.2.5 催化剂晶粒度与分散度测定 173
4.2.6 XRD图谱的全谱结构拟合分析 181
4.2.7 铁铬固溶体的固溶度 183
4.2.8 分子筛硅铝比 185
参考文献 186
第5章 化学吸附和程序升温技术 189
5.1 化学吸附的基本原理 190
5.1.1 化学吸附过程简单的热力学讨论 190
5.1.2 吸附速率 191
5.1.3 脱附速率 192
5.2 化学吸附的基本规律——3种模型的吸附等温式 192
5.2.1 Langmuir 吸附等温式 192
5.2.2 Freundlich 吸附等温式 193
5.2.3 Temkin吸附等温式 194
5.3 动态分析方法理论 195
5.3.1 程序升温脱附基本原理 195
5.3.2 TPD实验装置和图谱定性分析 196
5.3.3 TPD过程中动力学参数的确定 197
5.3.4 还原过程基本原理 199
5.3.5 程序升温氧化原理 202
5.3.6 程序升温表面反应 202
5.4 TPD技术在催化剂表面酸碱性和氧化还原性能研究中的应用 203
5.4.1 NH3、C2H4和1-C4H8 TPD研究含硼分子筛的酸性质 203
5.4.2 脱铝MCM49分子筛的结构、酸性及苯与丙烯液相烷基化催化性能 206
5.4.3 掺Ag对氧化锰八面体分子筛催化CO氧化性能的影响 207
5.5 TPR、TPO技术在催化剂氧化还原性能研究中的应用 209
5.5.1 Cu0-Ce02催化剂中CuO物种的确认 209
5.5.2 Ce-Ti-0固溶体的氧化还原性能表征 211
5.5.3 Pd0/Ce02催化剂的还原性能 213
5.5.4 V205/Ti02催化剂的氧化还原性能研究 215
5.5.5 钴/氧化铝催化剂表面积碳研究 216
5.6 TPSR技术在催化剂机理研究中的应用 218
参考文献 219
第6章 拉曼光谱方法 221
6.1 拉曼光谱原理简述 221
6.1.1 拉曼光谱的发展历史 221
6.1.2 拉曼光谱的基本理论 222
6.1.3 荧光的发生机制 224
6.1.4 传统拉曼光谱遇到的困难和解决方法 224
6.2 拉曼光谱实验技术驗展 226
6.2.1 激光光源 226
6.2.2 外光路系统 227
6.2.3 样品池 227
6.2.4 单色仪 228
6.2.5 检测和记录系统 229
6.3 拉曼光谱在催化研究领域中的应用 229
6.3.1 金属氧化物催化剂 230
6.3.2 负载型金属氧化物催化剂 231
6.3.3负载型金属硫化物 236
6.3.4 分子筛 236
6.3.5 表面吸附研究 243
6.3.6 原位反应研究 244
6.4 最新舰 246
6.4.1 共振拉曼光谱 246
6.4.2 傅里叶变换拉曼光谱 247
6.4.3 表面增强拉曼光谱 248
6.4.4 共焦显微拉曼光谱 250
6.4.5 紫外拉曼光谱 252
6.5 展望 269
参考文献 270
第7章 原位红外光谱方法 276
7.1 红外光谱的基本原理和获取原位红外光谱的方法 278
7.1.1 透射红外吸收光谱 278
7.1.2 漫反射红外光谱 284
7.1.3 红外发射光谱 285
7.2 吸附分子的特征和它的红外光谱诠释 287
7.3 红外光谱应M于金属催化剂表征 292
7.3.1 催化剂表面组成的测定 292
7.3.2 几何效应和电子效应的研究 295
7.3.3 吸附分子相互作用研究 299
7.4 红外光谱方法应用于氧化物、分子筛催化剂的表征研究 301
7.4.1 体相氧化物的结构和活性相研究 301
7.4.2 表面轻基的研究 307
7.4.3 固体表面酸性的测定 314
7.4.4 氧化物表面氧物种研究和低碳经的活化 321
7.4.5 室温下甲烷在Zn/ZSM-5上吸附、活化、反应研究 323
7.5 加氢精制催化剂活性相和助剂作用研究（硫化物催化剂） 325
7.5.1 Mo03/A1203的表面结构及状态 325
7.5.2 Co对Mo/A1203表面状态的影响 327
7.5.3 W03/A1203的表面结构及状态 327
7.5.4 加氢脱硫催化剂活性相研究 328
7.6 原位红外光谱应用于反应机理的研究 331
7.6.1 HC00H在A1203 (ZnO)催化剂上的分解机理 331
7.6.2 利用DRIFT和TPSR技术研究甲醇的合成 333
7.6.3 甲醇合成中助剂乙醇的作用 335
7.7 红外合频技术用催化剂表征研究 342
参考文献 344
第8章 核磁共振方法 347
8.1 固体髙分辨核磁共振技术：MAS和CP/MAS NMR 347
8.1.1 固体NMR的发展过程 348
8.1.2 MAS NMR 349
8.1.3 CP/MAS NMR 实验 349
8.1.4 高功率1H去偶技术 350
8.2 分子筛结构的MAS NMR研究 350
8.2.1 29Si MAS NMR 研究 351
8.2.2 27 AI MAS NMR 研究 353
8.2.3 170 MAS NMR 谱 355
8.2.4 31 P MAS NMR谱357
8.2.5 47,49Ti MAS NMR 358
8.3 固体NMR在催化剂酸性研究中的应用 359
8.3.1 1H MAS NMR技术研究催化剂表面不同结构的OH基 359
8.3.2 酸强度测定 360
8.3.3 利用探针分子探测催化剂表面的Lewis酸中心 362
8.4 催化剂表面吸附分子的NMR研究 362
8.4.1 分子筛晶体孔道中吸附有机物的化学状态 362
8.4.2 分子筛吸附探针分子129Xe的NMR研究 363
8.5 分子筛和分子筛催化反应的原位MAS NMR研究 368
8.5.1 原位MAS NMR研究方法 368
8.5.2 原位MAS NMR研究催化反应机理 369
8.6 MAS NMR技术研究结炭引起的分子筛失活 372
8.6.1 13C MAS NMR研究分子筛结炭 373
8.6.2 29Si和27A1 MAS NMR研究分子筛结炭 374
8.6.3 1 H MAS NMR 研究结炭 376
8.6.4 吸附氙的129Xe NMR研究结炭 376
8.7 结束语 378
参考文献 378
第9章 X射线光电子能谱 381
9.1 X射线光电子能谱的进展 381
9.2 X射线光电子能谱原理简介 384
9.2.1 光电子能谱主峰 385
9.2.2 光电子能谱次峰 385
9.2.3 光电子能谱中的自旋轨道分裂峰 385
9.2.4 光电子能谱中的俄歇电子峰 386
9.2.5 光电子能谱中的震激峰 387
9.2.6 光电子能谱中的能量损失峰 387
9.2.7 光电子能谱中的价电子峰 388
9.2.8 光电子能谱中的X射线卫星峰 389
9.2.9 光电子能谱中的本底 390
9.2.10 弛豫效应 390
9.2.11 光电子能谱主峰的化学位移 392
9.3 X射线光电子能谱仪简介与实验技术 393
9.3.1 XPS能谱仪的结构简介 395
9.3.2 XPS能谱仪的实验技术 396
9.4 X射线光电子能谱的定性分析 397
9.5 X射线光电子能谱定量分析 398
9.6 XPS 的应用 399
9.6.1 X射线光电子能谱在分子表面催化中的应用 400
9.6.2 X射线光电子能谱在表面薄膜中的应用 405
9.6.3 X射线光电子能谱在有机化合物和聚合物中的应用 411
9.6.4 X射线光电子能谱在生物科学中的应用 417
9.7 X射线光电子能谱的最新进展 425
参考文献 426
第10章 多相催化反应动力学 429
10.1 一般动力学概念 430
10.1.1 化学计量方程和化学计量数 430
10.1.2 基元反应、反应途径和总包反应 431
10.1.3 反应度、反应速率、速率方程及动力学参数 431
10.1.4 转换数和转换频率 432
10.1.5 碰撞理论和过渡态理论 432
10.1.6 理想反应器中的反应速率 434
10.1.7 活塞流管式反应器中简单反应的积分式速率方程 435
10.1.8 复杂反应的速率方程及其解析 437
10.2 吸附和多相催化反应速率方程 442
10.2.1 吸附与吸附等温方程 442
10.2.2 速率控制步骤 443
10.2.3 双曲线式多相催化速率方程 443
10.2.4 幂式多相催化速率方程 446
10.3 多相催化动力学模型的建立和检验 448
10.3.1 催化动力学数据处理 448
10.3.2 动力学模型的线性和非线性回归分析 449
10.3.3 动力学数据回归分析实例 451
10.3.4 动力学模型判别准则与方法 454
10.3.5 非均匀表面上的催化动力学方程 456
10.4 多相催化中的传递过程 457
10.4.1 流体与催化剂外表面间的传递过程 457
10.4.2 简化的恒温粒内传质过程及对反应活化能和反应级数的影响 459
10.4.3 复杂情况下恒温粒内传质过程 462
10.4.4 非恒温反应中的有效因子 464
10.5 动力学测定方法和实验装置 465
10.5.1 实验室反应器 465
10.5.2 内扩散参数的测定 470
10.5.3 速率方程中吸附参数的测定——过渡应答法 473
10.5.4 本征动力学区的确定和排除传递过程干扰 475
10.6 非稳态催化过程动力学 478
10.6.1 积碳失活反应动力学 478
10.6.2 催化反应动力学中的多稳态与振荡 480
10.6.3 非稳态催化反应动力学方法——SSITKA 481
10.6.4 非稳态催化反应动力学方法——TAP 482
10.7 结论 483
参考文献 487
附录1 质谱仪用于催化表征和反应物/产物研究 489
附录2 催化领域的期刊及会议论文集 502
第1章 物理吸附和催化剂的宏观物性测定
多相催化研究的一个根本问题就是固体催化剂的催化性能与它的物理和化学性质的关联。催化剂的物理性质主要包括其表面积、孔结构和机械性质等。
多相催化反应发生在固体催化剂的表面，为了获得单位体积或质量最大的反应活性，大多数催化剂被制成多孔，以提高其表面积。然而催化剂内的多孔结构和孔径大小分布不但会引起扩散阻碍，影响催化剂的活性和选择性，而且还会影响催化剂的机械性质和寿命。
固体催化剂的表面积和孔结构是表征催化剂性能的重要参数，二者都可以通过物理吸附来测量。
1.1 吸附与物理吸附
互不相混溶的两相接触所形成的过渡区域称为界面（interface），吸附作用发生在两相界面上。有气体参与形成的界面通常称为表面（surface），多相催化研究最关心的是固气表面的吸附。
1.1.1 固气表面上的吸附
1.吸附现象以及有关的概念
当一定量的气体或蒸气与洁净的固体接触时，一部分气体将被固体捕获，若气体体积恒定，则压力下降，若压力恒定，则气体体积减小。从气相中消失的气体分子或进入固体内部，或附着于固体表面，前者被称为吸收（absorption），后者被称为吸附（adsorption）。吸收和吸附统称为吸着（sorption）。多孔固体因毛细凝聚（capillary con.densation）而引起的吸着作用也视为吸附作用。
能有效地从气相吸附某些组分的固体物质称为吸附剂（adsorbent）。在气相中可被吸附的物质称为吸附物（adsorptive），已被吸附的物质称为吸附质（adsorbate）。有时吸附质和吸附物可能是不同的物种，如发生解离化学吸附时。
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