Analyse af specifikt overfladeareal og porøsitet
Det specifikke overfladeareal og porøsiteten har en væsentlig indflydelse på katalysatorernes ydeevne. Et større specifikt overfladeareal betyder, at flere aktive steder blotlægges, hvilket tillader reaktanter at komme i mere fuldstændig kontakt med katalysatoren og derved øge reaktionshastigheden. Den passende porestruktur letter diffusionen af reaktanter og produkter, hvilket påvirker reaktionens selektivitet.
1.BET specifik overfladeareal testmetode
BET-analyse er en almindeligt anvendt metode til at måle det specifikke overfladeareal og porøsiteten af katalysatorer. Den er baseret på de fysiske adsorptionsegenskaber af inerte gasser såsom nitrogen på katalysatoroverfladen. Ved at måle adsorptionsmængden ved forskellige tryk, bruges en specifik teoretisk model til at beregne det specifikke overfladeareal, porevolumen, porestørrelsesfordeling og anden information om katalysatoren. Som vist i figur 1 kan adsorptionsdesorptionseksperimentet af katalysatoren i et nitrogenmiljø bestemme dens specifikke overfladearealstørrelse og porestruktur og kan tydeliggøre partikelstørrelsesfordelingen. Den rige porestruktur og det høje specifikke overfladeareal gør det godt i adsorption og katalytiske reaktioner. BET-analyse kan nøjagtigt afsløre disse egenskaber, hvilket giver et grundlag for at optimere fremstilling og anvendelse af katalysatorer.
Billede 1: Desorptionskurve for nitrogenadsorption og porestørrelsesfordeling
strukturel analyse
1. Røntgendiffraktion (XRD)
XRD-teknologi er som at tage et 'molekylær strukturfoto' af en katalysator. Når røntgenstråler bestråles på katalysatorprøver, opstår der diffraktionsfænomener, og katalysatorer med forskellige krystalfaser producerer specifikke diffraktionsmønstre. Katalysatorens krystalstruktur, fasesammensætning og kornstørrelse kan bestemmes gennem analyse. For eksempel, i figur 2, blev XRD-test udført på tre forskellige pulverkatalysatorer, og resultaterne viste, at alle tre prøver med forskellige morfologier var meget matchede med standardkortet af Cu9S5 (JCPDS 47-1748).
Den halve topbredde af Cu9S5 SNWs (001) krystalplan er betydeligt større end den for de to andre former for prøver. Ifølge Scherrers formel, jo mindre kornstørrelsen er, desto større er den tilsvarende diffraktionsspidshalv spidsbredde. Tværtimod, jo større partikelstørrelsen er, jo skarpere er diffraktionstoppens halve bredde. På grund af størrelsen på sub nanometerskalaen (0,95 nm) af Cu9S5 SNWs prøven og det faktum, at prøven udviser en enkeltcellestruktur uden et komplet krystalplan, er den halve topbredde betydeligt større, mens (001) halve topbredden af Cu9S5 SNWs er højere.
Billede 2: XRD-mønster af Cu9S5 SNW-katalysator
2. Fourier transformation infrarød (FT-IR)
FT-IR er en spektroskopisk analyseteknik baseret på molekylære vibrationsrotationsenerginiveauovergange. Ved at bestråle prøven med infrarødt lys genereret af et interferometer, registreres prøvens absorptions-, transmissions- eller reflektionssignaler til forskellige bølgelængder af infrarødt lys. Interferogrammet omdannes til et infrarødt spektrum gennem Fourier-transformation, hvilket afspejler vibrationsegenskaberne for funktionelle grupper i molekylet. Dens hovedfunktion er at identificere funktionelle grupper (såsom hydroxyl, carbonyl, methyl osv.) i molekyler og udlede forbindelsers kemiske struktur gennem positionen (bølgenummer), intensitet og form af karakteristiske toppe i spektret. Det er det centrale middel til strukturel analyse af organiske forbindelser, polymermaterialer og andre materialer.
I FT-IR-spektret af Cu9S5 SNW'er som vist i figur 3 blev et signifikant rødt skift-fænomen observeret sammenlignet med Cu9S5 NW'er, hvilket indikerer den elektroniske interaktion mellem Cu og S. De karakteristiske toppe af Cu9S5 NW'er og Cu9S5 SNW'er prøver ved 2916 cm-4 cm-1 kan tilskrives vibrationstilstanden for strækningen på strækningen 1 og 2. methylen (-CH2-) i dodecanthiol, mens den karakteristiske top ved 1471 cm-1 svarer til bøjningsvibrationstilstanden for CH-binding.
Billede 3. infrarødt spektrum
3. Raman karakterisering
Raman-spektroskopi er baseret på Raman-spredningseffekten. Ved at detektere frekvensforskellen (Raman-skift) mellem det spredte lys og det indfaldende lys, der genereres af den uelastiske kollision af laser og molekyler, kan molekylernes vibrations- og rotationsenerginiveaukarakteristika opnås. Raman-skiftet er "fingeraftrykket" af den molekylære struktur, især velegnet til ikke-polære funktionelle grupper, der er svære at måle ved infrarød spektroskopi (såsom carbon carbon dobbeltbindinger og symmetriske funktionelle grupper), ofte komplementære til infrarød spektroskopi.
Som vist i figur 4 er Raman-spektret af V-RuO2 (V-doteret RuO2) i overensstemmelse med det for RuO2, uden andre unikke toppe, eksklusive dannelsen af V2O5. V-doping skifter A1g-tilstanden af RuO2 til lavere bølgetal, hvilket indikerer, at introduktionen af V signifikant påvirker dets gitterstruktur og kemiske bindingsmiljø (hvilket kan resultere i ilttomgange eller lokale defekter), og derved ændre dens elektroniske struktur; Det venstre skift af A1g-toppen afspejler interaktionen mellem V-atomer og RuO2-gitteret, hvilket indikerer, at V-doping modulerer den lokale symmetri og bindingslængdekarakteristika for RuO2.
Billede 4: Raman-spektre af V-RuO2.
Kemisk sammensætningsanalyse
XPS-teknologi kan dybt analysere grundstofsammensætningen, kemiske tilstande og elektroniske struktur af katalysatoroverflader. Når katalysatoroverfladen bestråles med røntgenstråler, exciteres elektronerne i overfladeatomerne. Ved at detektere energien og mængden af disse fotoelektroner kan vi bestemme grundstoffets type og indhold, samt det kemiske miljø, som grundstoffet befinder sig i. For eksempel, når man studerer understøttede metalkatalysatorer, kan XPS nøjagtigt bestemme formen af metal på overfladen af bæreren, om det er et metalelement eller et metaloxid, og ændringerne i dets oxidationstilstand. Dette er meget vigtigt for at forstå katalysatorens aktivitet og deaktiveringsmekanisme. Som vist i figur 5 blev XPS brugt til at demonstrere sammensætningen og valenstilstandene af Ru-, Co- og Ni-elementer. XPS-fine spektre af specifikke elementer i prøven blev brugt til at bestemme det positive/negative skift af bindingsenergi, hvilket indikerer eksistensen af elektroniske interaktioner.
Billede 5: XPS fine spektre af Ru 3p, Co 2p, Ni 2p
mikroskopiske teknikker
1.Scanning Electron Microscope (SEM)
SEM scanner overfladen af prøven ved at udsende en elektronstråle, indsamle sekundære elektroner eller tilbagespredte elektroner til billeddannelse, hvilket kan give mikroskopisk morfologiinformation af katalysatoroverfladen, med en opløsning, der generelt spænder fra nanometer til mikrometer. Gennem SEM-billeder kan størrelsen, formen og aggregeringstilstanden af katalysatorpartikler, såvel som overfladetekstur og ruhed, observeres visuelt. Når man studerer porøse katalysatorer, kan SEM tydeligt vise fordelingen af deres porestruktur, som er tæt forbundet med katalysatorens masseoverførsel og reaktionsevne.
2. Transmissionselektronmikroskop (TEM)
TEM giver os mulighed for direkte at observere mikrostrukturen af katalysatorer. Den udsender en elektronstråle gennem prøven og afbilder spredningen efter interaktionen mellem elektroner og prøven. Ved at bruge TEM kan vi tydeligt se størrelsen, formen og fordelingen af katalysatorpartikler, samt observere gitterstrukturen og defekterne inde i katalysatoren.
De grundlæggende karakteriseringsteknikker for katalysatorer er kraftfulde værktøjer til at opnå en dybere forståelse af deres fysiske, kemiske og strukturelle egenskaber. Gennem omfattende anvendelse kan den katalytiske reaktionsmekanisme afsløres, hvilket giver et teoretisk grundlag for design og udvikling af højtydende katalysatorer. Med teknologiens fremskridt fortsætter denne teknologi med at innovere og udvikle sig hen imod højere opløsning, mere nøjagtig kvantificering og bedre simulering af reelle reaktionsbetingelser.
SAT NANO er en professionel leverandør afnano pulverog mikropulver i Kina, kan vi tilbydemetal pulver, legeringspulver, carbid pulver,oxid pulverog så videre, hvis du har spørgsmål, er du velkommen til at kontakte os på sales03@satnano.com
