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贵金属上CO催化氧化动力学的测试

多相催化反应机理的模型催化研究

陈明树

一、实验目的

1.学习和掌握真空技术；

2.了解压力法测定催化反应动力学的原理及方法；

3.测定影响CO催化氧化动力学的主要因素；

4.了解贵金属表面CO催化氧化反应机理。

二、实验原理

（一）真空技术

“真空”这一术语译自拉丁文Vacuo，其意义是虚无。其实真空应理解为气体

较稀薄的空间，即在指定的空间内低于一个大气压力的气体状态统称为真空。真

空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。

真空技术是基本实验技术之一。自从1643年托里拆利(E.Torricelli)做了著名

的有关大气压力实验，发现了真空现象以后，真空技术迅速发展。现在，真空技

术已经成为一门独立的前沿学科。随着表面科学、空间科学高能粒子加速器、微

电子学、薄膜技术、冶金工业以及材料学等尖端科技的发展，真空技术在近代尖

端科学技术中的地位越来越重要。

在真空中，气体分子密度低，在某些情况下，真空可以近似地看作没有气体“污

染”的空间。真空中，气体分子或带电粒子的平均自由程为：

kT

λ

=

2

πσ

2p

其中σ为分子直径，p为压强，T为气体温度，k为玻耳兹曼常数。

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例如室温下氮分子的平均自由程在压强为10Torr时将长于50km，电子和

离子在气体中的平均自由程分别是气体分子平均自由程的5.66和1.41倍。因

此除非在宇宙空间，几乎所有地面上体积有限的超高真空系统中，气体分子之间

或气体分子与带电粒子之间的碰撞都可以近似忽略。故超高真空可以提供一个

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“”

原子清洁的固体表面，可有足够的时间对表面进行实验研究。这是一项重大的

技术突破，它导致了近二十年来新兴不明科学研究的蓬勃发展。无论在表面结构、

表面组分及表面能态等基本研究方面，还是在催化、腐蚀等应用研究方面都取得

长足的发展。

低真空的获得常采用机械泵，机械泵是运用机械方法不断地改变泵内吸气空

腔的体积，使被抽容器内气体的体积不断膨胀，从而获得真空的装置。它可以直

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接在大气压下开始工作，极限真空度一般为10~10Torr，抽气速率与转速及空

腔体积V的大小有关，一般在每秒几升到每秒几十升之间。高真空的获得，除

机械泵外，还需油扩散泵、分子涡轮泵或离子泵等联合工作才能得到。真空的测

量可用皮氏真空规、热偶真空规、离子规等。热偶真空规是用在低气压下气体的

热导率与气体压强间有依赖关系制成的，它通常用来测量低真空，可测范围为

0.1~0.001Torr。

（二）CO催化氧化反应动力学的基本原理

热力学讨论了化学反应的方向和限度，从而解决了化