La reducción programada por temperatura (TPR) es una herramienta ampliamente utilizada para la caracterización de óxidos metálicos, óxidos metálicos mixtos y óxidos metálicos dispersos sobre un soporte. El método TPR proporciona información cuantitativa de la reducibilidad de la superficie del óxido, así como de la heterogeneidad de la superficie reducible. El TPR es un método en el que una mezcla de gas reductor (normalmente del 3% al 17% de hidrógeno diluido en argón o nitrógeno) fluye sobre la muestra. Se utiliza un detector de conductividad térmica (TCD) para medir los cambios en la conductividad térmica de la corriente de gas. A continuación, la señal del TCD se convierte en concentración de gas activo mediante una calibración de nivel. Integrando el área bajo la concentración frente al tiempo (o la temperatura) se obtiene el gas total consumido.

La figura 1 muestra un perfil TPR para la reacción; _MxOy + _yH2 → xM + _yH2Odonde _MxOy es un óxido metálico. Esta figura ilustra un espectro TPR donde el pico máximo indica la temperatura que corresponde a la velocidad máxima de reducción. El método TPR proporciona una imagen cualitativa, y a veces cuantitativa, de la reproducibilidad de la superficie del catalizador, así como de su alta sensibilidad a los cambios químicos resultantes de los promotores o de las interacciones metal/soporte.

Por lo tanto, el método TPR también es adecuado para el control de calidad de diferentes cargas de catalizador, ya que las desviaciones en los métodos de fabricación suelen dar lugar a perfiles de reducción diferentes. La figura 2 ilustra un perfil de TPR para un óxido de plata (AgO) de grado reactivo tamizado a una malla de menos 325. Estos datos se generaron utilizando el AutoChem y muestran la señal de conductividad térmica registrada en función de la temperatura. La reacción específica es AgO + _H2 → Ag + _H2O. Se realizaron 36 análisis de este lote concreto de óxido de plata utilizando dos AutoChems diferentes. Para estos 36 análisis, los promedios de _Tmáx y _H2 consumidos fueron:

El consumo teórico de hidrógeno para esta reacción es de 96,72 cc de hidrógeno a STP. Así pues, el consumo experimental de _H2 medido en esta serie de experimentos fue el 99,7% del teórico. La TPR produce en última instancia una reducción global de la muestra; los picos máximos son una indicación de la reducibilidad de la fase de óxido metálico. Una observación cuidadosa de la Figura 2 muestra un pico pequeño y ancho a temperaturas superiores a _Tmáx. Este pico es atribuible a la reducción de parte del óxido en la muestra. El tamaño específico de las partículas de la muestra es una variable experimental importante; de hecho, para los óxidos a granel se predice un aumento de la Tmáx al aumentar el tamaño de las partículas. Los resultados de la TPR se ven muy influidos por 1) la velocidad de calentamiento programada, 2) la concentración de _H2 en la corriente de gas que fluye y 3) la velocidad de flujo del propio gas. Por ejemplo, al aumentar el calentamiento, también aumentaría la _Tmáx. Disminuir la concentración de hidrógeno en el gas que fluye o disminuir el caudal del gas reductor también aumentaría la _Tmáx. Por lo tanto, se requiere un control preciso sobre estas variables experimentales, como el que está disponible en el AutoChem, cuando se intenta comparar datos tomados en diferentes laboratorios.

Una de las ventajas más significativas de los métodos programados por temperatura, como el TPR, es que son sondas muy sensibles de superficies oxídicas como los catalizadores soportados. Los métodos programados por temperatura son algunos de los mejores y más rápidos métodos para obtener huellas dactilares de un óxido metálico o de un catalizador metálico soportado, y se han convertido en métodos extremadamente valiosos y económicos para la caracterización de catalizadores. El TPR, en particular, es una técnica de caracterización muy sensible para determinar el estado de un catalizador, especialmente cuando se utiliza una nueva preparación de catalizador o se modifica un catalizador. En la Figura 3 se ilustra la sensibilidad estructural del método TPR. Se trata del espectro registrado para la reducción de un catalizador de óxido metálico de mezcla binaria de cobre y manganeso. El perfil se obtuvo con 10% de _H2 en argón fluyendo a 50 sccm con una velocidad de calentamiento lineal de 10 °C por minuto. Las cuatro áreas de pico se obtuvieron mediante una integración simple de valle a línea de base; el volumen de hidrógeno consumido se calculó mediante una concentración TCD obtenida previamente.