N° 148. — Étude texturale des catalyseurs par adsorption des gaz

III. — Mesure d’adsorption de l’hydrogène et de l’oxygène sur les catalyseurs au platine supporté

¹ Laboratoire de Chimie générale, Faculté des Sciences de Lille, France.
² Laboratoire de Catalyse Organique. École Supérieure de Chimie Industrielle de Lyon, France.

Résumé

Les mesures d’adsorption chimique de l’oxygène et de l’hydrogène sur les catalyseurs au platine sur alumine diversement préparés et traités ont été faites par gravimétrie au moyen d’une microbalance électronique, après dégazage « in situ ». Les masses de gaz irréversiblement adsorbées à 20° au cours d’un cycle : vide, oxygène, vide, hydrogène, vide, oxygène correspondent bien aux stœchiométries suivantes :

Pt +1/2 O₂ = PtO

PtO + 3/2H₂ = PtH + H₂O

PtH + 3/4 O₂ = PtO + 1/2 H₂O

l’eau formée restant adsorbée sur le catalyseur. L'adsorption irréversible d’oxygène sur le catalyseur saturé d’hydrogène donne la meilleure précision pour le comptage des sites. Elle est notamment 24 fois plus forte que l’adsorption d’hydrogène précédemment utilisée :

Pt + 1/2 H₂ = PtH

et l’état initial de la surface est mieux défini.

On peut faire une comparaison directe de ce nombre de sites mesuré à l’activité catalytique expérimentale, ce qui conduit directement à l’activité par site ou « turnover ». Le rapport du nombre de sites au nombre total d’atomes Pt fournit la dispersion moyenne du métal liée à la dimension moyenne des cristallites. Enfin, en utilisant la densité moyenne de sites sur les faces cristallines les plus probables, déduite des données cristallographiques, on peut estimer l’aire métallique et l’activité catalytique intrinsèque du métal.

Le même montage fournit sans difficulté l’aire spécifique totale du catalyseur à partir de l’isotherme d’adsorption de l'azote à — 196 °C, ainsi que la distribution de pores, par les transformées classiques de BRUNAUER-EMMETT-TELLER et BARRETT-JOYNER-HALENDA.

Abstract

Oxygen and hydrogen chemisorption on platinum-alumina catalysts were performed in an electronic vacuum microbalance, after « in situ » outgassing, by the gravimetric method.

The weights of gases irreversibly adsorbed at 20 °C during a cycle vacuum, oxygen, hydrogen, vacuum, oxygen agree with the following stœchiometry :

Pt + 1/2 O₂ = PtO

PtO + 3/2 H₂ = PtH + H₂O

PtH + 3/4 O₂ = PtO + 1/2 H₂O

with water remaining on the catalyst. Irreversible oxygen adsorption on the catalyst saturated with hydrogen gives the best results for site countig. The weight increase is 24 times the previously used weight change by hydrogen chemisorption :

Pt + 1 /2 H₂ = PtH

and the initial state of the surface is better defined.

A direct ratio of the experimental catalytic activity to the number of sites leads to the turnover. The ratio of the number of sites to the total number of platinum atoms indicates the metal dispersion and is related to the average cristallite size. Taking into account the mean density of sites on the most probable cristallines faces, one can estimate the metal surface area and the intrinsic catalytic activity.

The same experimental set-up may be used to measure the total surface area of the catalyst from nitrogen physical adsorption at — 196 °C, and the pore-size distribution, through the classical formulas of BRUNAUER-EMMETT-TELLER and BARRETT-JOYNER-HALENDA.