Die temperaturprogrammierte Reduktion (TPR) ist ein weit verbreitetes Instrument zur Charakterisierung von Metalloxiden, Metallmischoxiden und auf einem Träger dispergierten Metalloxiden. Die TPR-Methode liefert quantitative Informationen über die Reduzierbarkeit der Oxidoberfläche sowie über die Heterogenität der reduzierbaren Oberfläche. Bei der TPR-Methode wird ein reduzierendes Gasgemisch (in der Regel 3 % bis 17 % Wasserstoff, verdünnt in Argon oder Stickstoff) über die Probe geleitet. Mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD) werden Änderungen der Wärmeleitfähigkeit des Gasstroms gemessen. Das TCD-Signal wird dann mithilfe einer Füllstandskalibrierung in die Konzentration des aktiven Gases umgerechnet. Die Integration der Fläche unter der Konzentration in Abhängigkeit von der Zeit (oder Temperatur) ergibt den Gesamtgasverbrauch.

Abbildung 1 zeigt ein TPR-Profil für die Reaktion: _MxOy + _yH2 → xM + _yH2O, wobei _MxOy ein Metalloxid ist. Diese Abbildung zeigt ein TPR-Spektrum, bei dem das Spitzenmaximum die Temperatur angibt, die der maximalen Reduktionsrate entspricht. Die TPR-Methode liefert ein qualitatives und manchmal auch ein quantitatives Bild der Reproduzierbarkeit der Katalysatoroberfläche sowie ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber chemischen Veränderungen, die durch Promotoren oder Metall/Träger-Wechselwirkungen entstehen.

Daher eignet sich die TPR-Methode auch für die Qualitätskontrolle verschiedener Katalysatorchargen, da Abweichungen bei den Herstellungsverfahren häufig zu unterschiedlichen Reduktionsprofilen führen. Abbildung 2 zeigt ein TPR-Profil für ein Silberoxid (AgO) in Reagenzienqualität, das auf eine Maschenweite von minus 325 gesiebt wurde. Diese Daten wurden mit AutoChem erstellt und zeigen das aufgezeichnete Wärmeleitfähigkeitssignal als Funktion der Temperatur. Die spezifische Reaktion ist AgO +_H2 → Ag +_H2O. Sechsunddreißig Analysen dieser speziellen Charge Silberoxid wurden mit zwei verschiedenen AutoChems durchgeführt. Für diese 36 Analysen waren die durchschnittliche _Tmax und das verbrauchte_H2:

Der theoretische Wasserstoffverbrauch für diese Reaktion beträgt 96,72 cm³ Wasserstoff bei STP. Der in dieser Versuchsreihe gemessene experimentelle_H2-Verbrauch lag also bei 99,7 % des theoretischen Wertes. Die TPR führt letztlich zu einer Massenreduktion der Probe; die Peakmaxima sind ein Hinweis auf die Reduzierbarkeit der Metalloxidphase. Eine sorgfältige Betrachtung von Abbildung 2 zeigt einen kleinen, breiten Peak bei höheren Temperaturen als _Tmax. Dieser Peak ist auf die Reduktion eines Teils der Oxidmasse in der Probe zurückzuführen. Die spezifische Teilchengröße der Probe ist eine wichtige experimentelle Variable; für Massenoxide wird ein Anstieg von Tmax bei zunehmender Teilchengröße vorhergesagt. Die TPR-Ergebnisse werden stark beeinflusst durch 1) die programmierte Heizrate, 2) die_{H2-Konzentration} im strömenden Gasstrom und 3) die Durchflussrate des Gases selbst. Wenn beispielsweise die Heizrate erhöht wird, steigt auch _Tmax. Eine Verringerung der Wasserstoffkonzentration im strömenden Gas oder eine Verringerung der Durchflussmenge des Reduktionsgases würde ebenfalls zu einem Anstieg von _Tmax führen. Daher ist eine genaue Kontrolle dieser Versuchsvariablen, wie sie im AutoChem verfügbar ist, erforderlich, wenn man versucht, Daten aus verschiedenen Labors zu vergleichen.

Einer der wichtigsten Vorteile von temperaturprogrammierten Methoden wie TPR ist, dass sie sehr empfindliche Sonden für oxidische Oberflächen wie Trägerkatalysatoren sind. Temperaturprogrammierte Methoden gehören zu den besten und schnellsten Methoden für den Fingerabdruck eines Metalloxids oder eines Metallträgerkatalysators und haben sich zu äußerst wertvollen und wirtschaftlichen Methoden für die Charakterisierung von Katalysatoren entwickelt. Insbesondere die TPR ist eine sehr empfindliche Charakterisierungstechnik zur Bestimmung des Zustands eines Katalysators, vor allem bei der Verwendung eines neuen Katalysatorpräparats oder der Modifizierung eines Katalysators. Die strukturelle Empfindlichkeit der TPR-Methode ist in Abbildung 3 dargestellt. Es handelt sich um das aufgezeichnete Spektrum für die Reduktion eines binär gemischten Metalloxidkatalysators aus Kupfer und Mangan. Das Profil wurde mit 10 %_H2 in Argon, das mit 50 sccm strömt, und einer linearen Heizrate von 10 °C pro Minute aufgenommen. Die vier Peakflächen wurden durch eine einfache Integration von Tal zu Basislinie erhalten; das Volumen des verbrauchten Wasserstoffs wurde anhand einer zuvor erhaltenen TCD-Konzentration berechnet.