Анализ удельной поверхности и пористости
Удельная поверхность и пористость оказывают существенное влияние на производительность катализаторов. Большая удельная поверхность означает, что обнажается больше активных центров, что позволяет реагентам более полно контактировать с катализатором, тем самым увеличивая скорость реакции. Соответствующая пористая структура облегчает диффузию реагентов и продуктов, влияя на селективность реакции.
1. Метод определения удельной площади поверхности BET
БЭТ-анализ — широко используемый метод измерения удельной поверхности и пористости катализаторов. Он основан на физических характеристиках адсорбции инертных газов, таких как азот, на поверхности катализатора. Измеряя величину адсорбции при различных давлениях, конкретная теоретическая модель используется для расчета удельной площади поверхности, объема пор, распределения пор по размерам и другой информации о катализаторе. Как показано на рисунке 1, эксперимент по адсорбции-десорбции катализатора в среде азота может определить размер его удельной поверхности и структуру пор, а также уточнить распределение частиц по размерам. Богатая пористая структура и высокая удельная поверхность позволяют ему хорошо действовать в адсорбционных и каталитических реакциях. БЭТ-анализ может точно выявить эти характеристики, обеспечивая основу для оптимизации приготовления и применения катализаторов.
Рисунок 1: Кривая адсорбции-десорбции азота и распределение пор по размерам.
структурный анализ
1. Рентгеновская дифракция (XRD).
Технология XRD похожа на «фотографию молекулярной структуры» катализатора. Когда рентгеновские лучи облучаются образцами катализатора, возникают явления дифракции, и катализаторы с разными кристаллическими фазами создают специфические дифракционные картины. Кристаллическая структура, фазовый состав и размер зерен катализатора могут быть определены путем анализа. Например, на рисунке 2 были проведены рентгеновские исследования трех различных порошковых катализаторов, и результаты показали, что все три образца с различной морфологией полностью соответствуют стандартной карте Cu9S5 (JCPDS 47-1748).
Ширина полупика кристаллической плоскости СНВ Cu9S5 (001) значительно больше, чем у двух других форм образцов. Согласно формуле Шеррера, чем меньше размер зерна, тем больше ширина соответствующей половины пика дифракционного пика. Напротив, чем больше размер частиц, тем острее полуширина дифракционного пика. Из-за субнанометрового размера (0,95 нм) образца SNW Cu9S5 и того факта, что образец имеет одноячеистую структуру без полной кристаллической плоскости, ширина полупика значительно больше, в то время как ширина полупика (001) SNW Cu9S5 выше.
Рисунок 2. Рентгенограмма катализатора Cu9S5 SNW.
2. Инфракрасное преобразование Фурье (FT-IR)
FT-IR — это метод спектроскопического анализа, основанный на переходах уровней энергии вращения молекул. Облучая образец инфракрасным светом, генерируемым интерферометром, регистрируются сигналы поглощения, пропускания или отражения образца в различных длинах волн инфракрасного света. Интерферограмма преобразуется в инфракрасный спектр посредством преобразования Фурье, отражающего колебательные характеристики функциональных групп в молекуле. Его основная функция — идентифицировать функциональные группы (такие как гидроксильные, карбонильные, метильные и т. д.) в молекулах и делать выводы о химической структуре соединений на основании положения (волнового числа), интенсивности и формы характерных пиков в спектре. Это основное средство структурного анализа органических соединений, полимерных материалов и других материалов.
В ИК-спектре Cu9S5 SNW, как показано на рисунке 3, наблюдалось значительное явление красного смещения по сравнению с Cu9S5 NW, что указывает на электронное взаимодействие между Cu и S. Характерные пики образцов Cu9S5 NW и Cu9S5 SNW при 2916 см-1 и 2846 см-1 можно отнести к моде валентных колебаний метилена (-CH2-) в додекантиоле, тогда как характерный пик при 1471 см-1 соответствует деформационной моде колебаний связи С-Н.
Рисунок 3. Инфракрасный спектр
3. Рамановская характеристика
Рамановская спектроскопия основана на эффекте комбинационного рассеяния света. Обнаружив разницу частот (рамановский сдвиг) между рассеянным светом и падающим светом, генерируемым неупругим столкновением лазера и молекул, можно получить характеристики колебательных и вращательных энергетических уровней молекул. Рамановский сдвиг - это «отпечаток пальца» молекулярной структуры, особенно подходящий для неполярных функциональных групп, которые трудно измерить с помощью инфракрасной спектроскопии (таких как двойные связи углерода и углерода и симметричные функциональные группы), часто дополняющих инфракрасную спектроскопию.
Как показано на рисунке 4, спектр комбинационного рассеяния V-RuO2 (RuO2, легированный V) соответствует спектру RuO2, без каких-либо других уникальных пиков, за исключением генерации V2O5. Легирование V сдвигает моду A1g RuO2 в сторону более низких волновых чисел, указывая на то, что введение V существенно влияет на структуру его решетки и среду химической связи (что может привести к образованию кислородных вакансий или локальных дефектов), тем самым изменяя его электронную структуру; Сдвиг влево пика A1g отражает взаимодействие атомов V с решеткой RuO2, указывая на то, что легирование V модулирует характеристики локальной симметрии и длины связей RuO2.
Рисунок 4: Спектры комбинационного рассеяния V-RuO2.
Анализ химического состава
Технология XPS позволяет глубоко анализировать элементный состав, химическое состояние и электронную структуру поверхностей катализаторов. При облучении поверхности катализатора рентгеновскими лучами возбуждаются электроны поверхностных атомов. Обнаружив энергию и количество этих фотоэлектронов, мы можем определить тип и содержание элемента, а также химическую среду, в которой находится элемент. Например, при исследовании нанесенных металлических катализаторов РФЭС позволяет точно определить форму металла на поверхности носителя, является ли это металлическим элементом или оксидом металла, а также изменения степени его окисления. Это очень важно для понимания активности и механизма дезактивации катализатора. Как показано на рисунке 5, РФС использовался для демонстрации состава и валентных состояний элементов Ru, Co и Ni. Тонкие спектры РФЭС конкретных элементов в образце были использованы для определения положительного/отрицательного сдвига энергии связи, указывающего на существование электронных взаимодействий.
Рисунок 5: Тонкие спектры РФЭС Ru 3p, Co 2p, Ni 2p.
микроскопические методы
1. Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ).
Ширина полупика кристаллической плоскости СНВ Cu9S5 (001) значительно больше, чем у двух других форм образцов. Согласно формуле Шеррера, чем меньше размер зерна, тем больше ширина соответствующей половины пика дифракционного пика. Напротив, чем больше размер частиц, тем острее полуширина дифракционного пика. Из-за субнанометрового размера (0,95 нм) образца SNW Cu9S5 и того факта, что образец имеет одноячеистую структуру без полной кристаллической плоскости, ширина полупика значительно больше, в то время как ширина полупика (001) SNW Cu9S5 выше.
2.Просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ).
ПЭМ позволяет нам напрямую наблюдать микроструктуру катализаторов. Он излучает электронный луч через образец и отображает рассеяние после взаимодействия между электронами и образцом. С помощью ПЭМ мы можем четко увидеть размер, форму и распределение частиц катализатора, а также наблюдать структуру решетки и дефекты внутри катализатора.
Основные методы определения характеристик катализаторов являются мощными инструментами для более глубокого понимания их физических, химических и структурных свойств. Путем всестороннего применения можно раскрыть механизм каталитической реакции, обеспечив теоретическую основу для проектирования и разработки высокоэффективных катализаторов. С развитием технологий эта технология продолжает совершенствоваться и развиваться в направлении более высокого разрешения, более точного количественного определения и лучшего моделирования реальных условий реакции.
САТ НАНО — профессиональный поставщикнано порошоки микропорошок в Китае, мы можем предложитьметаллический порошок, порошок сплава, карбидный порошок,оксидный порошоки так далее. Если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу sales03@satnano.com.
