工业催化原理第三章 工业催化剂研究方法.ppt

第三节 催化剂的结构表征 （2）透射电镜（TEM） 原理：电磁透镜成像，示意图如下： 化工资源有效利用国家重点实验室 * 透射电镜包括照明系统、成像系统、观察室、照像室等。 透射电镜的工作原理和普通光学显微镜非常相似，是通过材料内部对电子的散射和干涉作用成像，一般能给出薄片样品所有深度同时聚焦的投影像。 第三节 催化剂的结构表征 TEM应用： 透射电镜的分辨率极高，常用于观测催化剂粉末的形态、尺寸、粒径大小和分布等。特别是高分辨电镜（HRTEM）的分辨能力可达0.1nm左右，因此可在原子尺度上观察材料的微结构和结构缺陷，还可以同时进行电子衍射分析，是微观结构分析的有利工具，常见的应用如下： （1）高分辨图像分析：利用晶格条纹像研究超结构，位错、混层，并且根据图像边缘区域的分析，观察晶体生长的单元，为分析晶体生成过程提供信息。 （2）透射电子图像分析：研究晶格缺陷（杂位、位错、层错）及晶界、晶体包体、出溶相等。 （3）电子衍射分析：测定晶胞参数，晶体取向关系等； （4）会聚束电子衍射分析：测定晶体点群及空间群，研究晶体缺陷等； （5）能谱分析系统：可进行元素的线分布、面分布及化学成分的定量、半定量分析，还可进行元素赋存状态分析及各种形貌、粒度、空隙度分析等。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第三节 催化剂的结构表征 一个TEM实例： Eu2O3/SBA-15催化剂 SBA-15, (b) SBA-15/Eu2O3, (c) EDAX of (b) （Microporous and Mesoporous Materials 75 (2004) 101–105） 化工资源有效利用国家重点实验室 * 第三节 催化剂的结构表征 四、红外和拉曼光谱法（结构的表征） 红外光谱和拉曼光谱给出的都是分子振动能级方面的信息，因此通过对催化剂、催化反应的表面物种、反应物和产物的红外光谱和拉曼光谱研究，就可得到催化剂及其催化反应过程中分子结构方面的详细信息，这对深入认识催化剂及其催化反应过程具有重要的意义。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 特别是原位反应条件下催化反应机理的研究，红外光谱和拉曼光谱具有独特的优点。一般认为，催化反应过程是通过反应物分子被吸附在催化剂表面活化、然后与另一被活化的分子发生催化反应生成产物、最后产物脱附等步骤而进行的，当反应物分子吸附到催化剂表面后，由于吸附分子与催化剂表面的相互作用，必然会导致原来分子的振动能级发生变化。红外光谱和拉曼光谱可以比较容易在原位、动态的反应条件下获得吸附物种的结构信息，因此是研究催化反应机理的重要手段。 第三节 催化剂的结构表征 （1）红外光谱法（FTIR） 基本原理：当红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率与红外光的频率一致，此频率的红外光就会被吸收，分子由基态振动跃迁到较高的振动能级。因此，若用连续频率的红外光照射某样品，由于样品对不同频率的红外光吸收不同，就会得到该样品的特征红外吸收光谱图。 化工资源有效利用国家重点实验室 * 红外光谱范围： 近红外：10000－4000 cm-1 中红外：4000－400 cm-1 远红外：400－10 cm-1 在红外光谱中，红外吸收峰的强度与分子振动时偶极距的变化，以及能级的跃迁几率有关；基团的振动频率则主要取决于基团中原子的质量及化学键的力常数?。通常情况下，基团的振动频率与分子内部各种结构因素，如诱导效应、共轭效应、氢键、共振耦合、张力效应、空间效应等，和外部因素，如试样状态、测定条件、溶剂极性等密切相关，因此，通过样品的红外特征吸收峰的变化，就可得到分子结构方面的详细信息。 第三节 催化剂的结构表征 化工资源有效利用国家重点实验室 * 红外光谱在催化研究中的应用： （1）固体催化剂表面酸性的测定 在催化裂化、异构化等反应中，催化剂的酸性部位是催化剂的活性位，为了表征催化剂的活性位， 需要测定催化剂表面酸性部位的类型（L酸、B酸）、酸强度和酸量。测定表面酸性的方法很多，如碱滴定法、碱性气体吸附法、差热法等，但这些方法都难以区分L酸位和B酸位