●目錄
叢書序
序
《現代催化研究方法》前言
第1章 物理吸附和催化劑的宏觀物性測定 1
1.1 吸附與物理吸附 3
1.1.1 固氣表面上的吸附 3
1.1.2 物理吸附的理論模型 12
1.2 催化劑的宏觀物性測定 32
1.2.1 表面積 32
1.2.2 孔容和孔尺寸分布 43
1.2.3 顆粒度測定 61
1.2.4 密度測定 75
1.2.5 催化劑機械強度的測定 78
參考文獻 80
第2章 透射電子顯微鏡 85
2.1 透射電子顯微鏡簡介 88
2.1.1 電子槍 89
2.1.2 照明繫統 90
2.1.3 物鏡 91
2.1.4 中間鏡和投影鏡 93
2.1.5 記錄繫統 93
2.2 電子衍射和成像 94
2.2.1 電子物質相互作用 94
2.2.2 電子衍射 95
2.2.3 透射電子顯微鏡成像 101
2.3 掃描透射電子顯微鏡 110
2.4 分析電子顯微鏡 113
2.4.1 X射線能譜 113
2.4.2 電子能量損失譜 117
2.5 電子顯微鏡中樣品的輻射損傷 119
2.6 電子顯微鏡在多相催化中的應用 121
2.6.1 試樣的制備 122
2.6.2 催化劑粒子大小分布 122
2.6.3 金屬納米顆粒的原子結構 124
2.6.金屬粒子的化學組分和結構 128
2.6.5 金屬載體相互作用 131
2.6.6 催化劑表面結構 136
2.6.7 過渡族金屬氧化物催化劑 140
2.6.8 電子能量損失譜在研究催化材料中的應用 143
2.7 新型透射電鏡 147
2.7.1 球差修正的透射電鏡/掃描透射電鏡 147
2.7.2 高能量分辨率掃描透射電子顯微鏡 149
2.7.3 三維電子顯微術 151
2.7.4 電子全息成像 154
2.7.5 原位環境透射電子顯微鏡 154
2.8 透射電子顯微鏡的局限性及注意事項 160
2.9 結束語 162
參考文獻 163
第3章 熱分析方法 169
3.1 熱分析的分類 171
3.2 幾種常用的熱分析技術 174
3.2.1 熱重法 174
3.2.2 差熱分析 175
3.2.3 差示掃描量熱法 177
3.2.4 溫度調制式差示掃描量熱法 178
3.3 熱分析動力學簡介 180
3.4 熱分析在催化研究中的應用 181
3.4.1 催化劑性能方面的研究 182
3.4.2 動力學研究 190
3.4.3 純硅分子篩結構的熱力學研究 193
3.4.4 在儲氫、制氫領域中的應用 194
3.5 熱分析聯用技術 201
3.5.1 熱重分析與FTIR光譜儀聯用（TG-IR）技術 201
3.5.2 熱重分析與質譜儀聯用（TG-MS）技術 203
3.5.3 熱重-紅外-質譜聯用（TG-IR-MS）技術 205
3.5.4 X射線吸收精細結構譜-差示掃描量熱聯用（XAFS-DSC）技術 207
3.5.5 X射線衍射-差示掃描量熱聯用（XRD-DSC）技術 208
3.6 熱分析實驗技巧 209
3.6.1 升溫速率的影響 209
3.6.2 樣品用量的控制 209
3.6.3 氣氛的選擇 209
3.6.4 坩埚加蓋與否的選擇 210
3.6.5 DSC基線 211
3.7 結束語 212
符號說明 212
參考文獻 215
第4章 多晶X射線衍射分析 219
4.1 晶體學基礎：周期性與對稱性 222
4.1.1 晶體的空間點陣與周期性 222
4.1.2 晶體的對稱性 223
4.1.3 晶面與晶面符號，晶面指標與衍射指標 232
4.2 X射線的性質及其與物質的作用 234
4.2.1 X射線譜：連續譜和特征譜 234
4.2.2 X射線與物質的相互作用 235
4.2.3 K吸收、二次熒光與X射線的單色化 236
4.3 衍射的幾何原理：倒易空間與衍射方法 238
4.3.1 倒易格子與正格子的關繫 238
4.3.2 倒易點陣的應用：X射線衍射原理 239
4.3.3 衍射方法與衍射數據的獲得 242
4.4 晶體對X射線的衍射 244
4.4.1 衍射峰的位置與晶面間距 244
4.4.2 多晶X射線衍射峰的強度 245
4.4.3 原子的散射因子與晶體的結構因子 247
4.4.4 衍射的繫統消光 250
4.5 X射線衍射物相鋻定與相定量分析 254
4.5.1 X射線衍射物相定性分析 254
4.5.2 X射線衍射物相定量分析 258
4.6 衍射圖的指標化 264
4.6.1 立方晶繫指標化方法：解析法 265
4.6.2 Hesse-Lipson解析法 266
4.6.3 常見指標化程序原理和方法 267
4.6.4 指標化結果的判斷：品質因子 268
4.7 衍射峰的寬化與Scherrer方程 270
4.7.1 Scherrer方程：物理意義與數學表達 270
4.7.2 衍射峰分析與Scherrer方程應用 274
4.8 多晶X射線衍射結構分析的重要方法——Rietveld法 278
4.8.1 Rietveld方法的基本原理 279
4.8.2 峰性擬合 283
4.9 多晶X射線衍射數據分析數例 284
4.9.1 晶胞參數的精修 284
4.9.2 催化材料物相的確認與相定量 286
4.9.3 ZnO晶粒大小分析 287
4.9.4 已知沸石及其修飾結構的解析與精修 289
4.9.5 新型沸石的合成與結構解析：從RUB-39到RUB-41 293
4.10 Debye方法簡介與低維材料散射圖的模擬 295
4.10.1 有序-無序結構X射線散射原理 295
4.10.2 （擬）薄水鋁石散射/衍射圖的模擬與結構分析 296
4.10.3 二硫化鉬散射/衍射圖的模擬與結構分析 297
參考文獻 299
第5章 化學吸附和程序升溫技術 301
5.1 化學吸附的基本原理 304
5.1.1 化學吸附過程簡單的熱力學討論 304
5.1.2 吸附速率 305
5.1.3 脫附速率 306
5.2 化學吸附的基本規律——三種模型的吸附等溫式 307
5.2.1 Langmuir吸附等溫式 307
5.2.2 Freundlich吸附等溫式 308
5.2.3 Temkin吸附等溫式 309
5.3 動態分析方法理論 310
5.3.1 程序升溫脫附基本原理 311
5.3.2 TPD實驗裝置和譜圖定性分析 312
5.3.3 TPD過程中動力學參數的確定 313
5.3.4 還原過程基本原理 316
5.3.5 程序升溫氧化原理 319
5.3.6 程序升溫表面反應 320
5.4 TPD技術在催化劑表面酸堿性和氧化還原性能研究中的應用 320
5.4.1 NH3、C2H4和1-C4H8 TPD研究含硼分子篩的酸性質 320
5.4.2 脫鋁MCM-49分子篩的結構、酸性及苯與丙烯液相烷基化催化性能 324
5.4.3 摻Ag對氧化錳八面體分子篩催化CO氧化性能的影響 325
5.5 TPR、TPO技術在催化劑氧化還原性能研究中的應用 327
5.5.1 CuO-CeO2催化劑中CuO物種的確認 327
5.5.2 Ce-Ti-O固溶體的氧化還原性能表征 329
5.5.3 PdO/CeO2催化劑的還原性能 332
5.5.4 V2O5/TiO2催化劑的氧化還原性能研究 334
5.5.5 鈷/氧化鋁催化劑表面積炭研究 335
5.5.6 H2-TPR過程中的一些定性及定量方法 336
5.6 TPSR技術在催化劑機理研究中的應用 338
5.7 總結 340
參考文獻 340
第6章 催化過程的拉曼光譜方法 343
6.1 拉曼光譜原理簡述 345
6.1.1 拉曼效應 345
6.1.2 拉曼光譜的基本理論 346
6.1.3 熒光的發生機制 350
6.2 拉曼光譜實驗技術的發展 350
6.2.1 激光光源 351
6.2.2 外光路繫統 352
6.2.3 樣品池 353
6.2.4 光譜儀 354
6.2.5 檢測和記錄繫統 355
6.3 拉曼光譜在催化研究領域中的應用 355
6.3.1 金屬氧化物催化劑 356
6.3.2 負載型金屬氧化物催化劑 357
6.3.3 負載型金屬硫化物 362
6.3.4 分子篩 363
6.3.5 表面吸附研究 369
6.3.6 原位反應研究 371
6.4 紫外拉曼光譜儀在催化材料中的應用研究 373
6.4.1 傳統拉曼光譜遇到的困難和解決方法 373
6.4.2 共振拉曼光譜 375
6.4.3 傅裡葉變換拉曼光譜 377
6.4.4 表面增強拉曼光譜 378
6.4.5 共焦顯微拉曼光譜 379
6.4.6 紫外拉曼光譜 382
6.5 展望 402
參考文獻 403
第7章 原位紅外光譜方法 413
7.1 紅外光譜的基本原理和獲取原位紅外光譜的方法 417
7.1.1 透射紅外吸收光譜 417
7.1.2 漫反射紅外光譜 427
7.1.3 紅外發射光譜 429
7.1.4 衰減全反射紅外光譜 431
7.1.5 紅外合頻技術用於催化劑表征研究 434
7.1.6 時間分辨紅外光譜 436
7.1.7 近場光學紅外光譜 440
7.1.8 原位及operando紅外光譜技術 441
7.2 吸附分子的特征和它的紅外光譜詮釋 443
7.3 紅外光譜應用於金屬催化劑表征 448
7.3.1 催化劑表面組成的測定 449
7.3.2 幾何效應和電子效應的研究 452
7.3.3 吸附分子相互作用研究 456
7.4 紅外光譜方法應用於氧化物、分子篩催化劑的表征研究 459
7.4.1 體相氧化物的結構和活性相研究 459
7.4.2 表面羥基的研究 465
7.4.3 固體表面酸性的測定 473
7.4.4 氧化物表面氧物種研究和低碳烴的活化 483
7.4.5 室溫下甲烷在Zn/ZSM-5上吸附、活化、反應研究 486
7.5 加氫精制催化劑活性相和助劑作用研究（硫化物催化劑） 489
7.5.1 MoO3/Al2O3的表面結構及狀態 490
7.5.2 Co對Mo/Al2O3表面狀態的影響 491
7.5.3 WO3/Al2O3的表面結構及狀態 492
7.5.4 加氫脫硫（HDS）催化劑活性相研究 493
7.6 原位紅外光譜應用於反應機理的研究 498
7.6.1 HCOOH在Al2O3（ZnO）催化劑上的分解機理 498
7.6.2 利用DRIFT和TPSR技術研究甲醇的合成 501
7.6.3

近年來我國経濟實力大增引進大批高精尖精宻儀器設備，但總的來說使用水平不高地極大的影響了人們的創新能力和由大國向強國發展。根椐目前催化科學和技術的迅速發展，盡快普及和提高這方面的專業知識有廣闊的前景和重要意義。更為了與時俱進，在從全國選出的造詣深的名教授主講的八屆"現代催化研究方法學習班"基礎上，我們對2009年出版的"現代催化研究方法"（累計重印十餘次）一書進行了充實、更新、添加新內容。更注重新技術、新原理和實用性，並考慮到新能源研究進展增加了新領域，作為"新編"版。

    第1章 物理吸附和催化劑的宏觀物性測定
    田志堅
    多相催化研究的一個根本問題就是固體催化劑的催化性能與它的物理和化學性質的關聯。催化劑的物理性質主要包括其表面積、孔尺寸、孔隙率和機械性質等。
    互不相溶的兩相接觸所形成的過渡區域稱為界面（interface），有氣體參與形成的界面通常稱為表面（surface）。多相催化反應發生在固體催化劑的表面，為了獲得給定體積優選的反應活性，絕大多數催化劑被制成多孔的，以增大其表面積。然而催化劑內的多孔結構不但會引起擴散阻礙，影響催化劑的活性和選擇性，而且還會影響催化劑的機械性質和壽命。
    固體內部的等