【摘要】 多相催化涉及位于催化材料表面区域内的活性位点上的分子反应。

多相催化涉及位于催化材料表面区域内的活性位点上的分子反应。反应本身通过一系列步骤进行，包括吸附、表面扩散、吸附中间体的化学反应/重排，以及最终产物的解吸。[1-3]为了帮助开发此类催化系统，表面化学、电子和结构特性的改性极其重要，并且具有其固有的表面敏感性和化学特性，[4,5] x射线光电子能谱（XPS）和x射线激发俄歇电子能谱（XAES）已成为催化科学家军械库中的有力工具。[4,6–12]催化材料在表面分析方面存在一些明显的挑战：它们通常是高比表面积的粉末；通常，纳米颗粒活性成分的绝缘和负载可能非常低（0.5 wt.%或更低）。XPS需要超高真空（UHV），而大多数非均相催化反应在高压和高温下发生；因此，催化材料通常是在与它们正常工作的条件明显不同的条件下进行研究的。[2,3]以水合前体为例，插入真空环境将导致脱水；因此，获得的光谱将是脱水材料的光谱。[13,14]然而，如果分析员牢记该技术提供的机会和限制，真空下的分析可以产生关于催化剂活性（或缺乏活性）和形态形成的深刻信息。如果分析员需要样品的知识，这将不会受到真空的不利影响，他们可以考虑使用近环境压力XPS或类似的。样本历史通常被忽略，但这是一个重要的因素，可以告知分析师分析需求或前面的可处理数据。该历史记录应包括样品制备和处理（例如煅烧或还原顺序）以及分析前样品的处理和储存。建议在分析前和分析后记录样品的颜色，如图1所示，因为材料可能变色，表明分析引起的变化，这可能与数据解释或分析协议的完善有关。样品历史记录还应包括安装样品的介质，例如手套箱等惰性气体，或实验室环境本身。图2显示了铁基费托催化剂的一个示例，该催化剂在合成气温度下发生了部分反应∼250°C，并在氩气气氛下移除，以进行XPS分析。在图2中，在没有任何保护气氛的实验室中安装的样品的较低Fe（2p）光谱if；安装和插入光谱仪的时间不超过5分钟，而上部光谱显示了在制备前用氩气吹扫手套袋中制备30分钟的同一样品的光谱。仅从这两个光谱就可以明显看出，与实验室相比，在手套袋的惰性气氛中制备可最大限度地减少金属铁的再氧化。

图1 颜色变化示例，可记录在样本历史记录中。该示例为CrO3薄片，其中（a）和（b）显示了分析前后样品的外部拍摄照片，而（c）显示了两个分析点的放大区域。图像（d）和（e）显示了分析前后使用光谱仪内部光学相机采集的相同样品。

图2 铁基费托催化剂的Fe（2p）光谱，说明了安装在实验室空气中的同一催化剂与安装在光谱仪负载锁上方手套袋中的同一催化剂之间的差异。金属Fe（结合能较低的尖峰，红色在线）相对于氧化物（结合能较高的物种较宽，蓝色在线）的相对浓度为∼在低光谱和高光谱中分别为8%和20%。注：为简单起见，图中Fe（III）和Fe（II）氧化物被视为单一氧化物相。

 

参考文献

1  M. S. Spencer, “Fundamental principles,” in Catalyst Handbook, edited by  M. V. Twigg (CRC, Boca Raton, FL, 1989).  

2  B. C. Gates, Catalytic Chemistry (Wiley, Chichester, 1992).

3  J. Hagen, Industrial Catalysis: A Practical Approach (Wiley-VCH, Weinheim,  2015).  

4  A. M. Venezia, Catal. Today 77, 359 (2003).

5  J. F. Watts and J. Wolstenholme, An Introduction to Surface Analysis by XPS  and AES, 2nd ed. (Wiley, Chichester, 2003).

6  J. H. Carter, P. M. Shah, E. Nowicka, S. J. Freakley, D. J. Morgan, S. Golunski,  and G. J. Hutchings, Front. Chem. 7, 443 (2019).

7  G. W. Coulston, E. A. Thompson, and N. Herron, J. Catal. 163, 122 (1996).

8  D. R. Jones, S. Iqbal, P. J. Miedziak, D. J. Morgan, J. K. Edwards, Q. He, and  G. J. Hutchings, Top. Catal. 61, 833 (2018).

9  E. Nowicka et al., Catal. Sci. Technol. 8, 5848 (2018).

10T. M. Nyathi, N. Fischer, A. P. E. York, D. J. Morgan, G. J. Hutchings,  E. K. Gibson, P. P. Wells, C. R. A. Catlow, and M. Claeys, ACS Catal. 9, 7166  (2019).  

11X. Liu, M. Conte, D. Elias, L. Lu, D. J. Morgan, S. J. Freakley, P. Johnston,  C. J. Kiely, and G. J. Hutchings, Catal. Sci. Technol. 6, 5144 (2016).

12G. Malta et al., Science 355, 1399 (2017).

13M. Schindler, F. C. Hawthorne, M. S. Freund, and P. C. Burns, Geochim.  Cosmochim. Acta 73, 2471 (2009).

14D. J. Tobler, J. D. Rodriguez-Blanco, K. Dideriksen, N. Bovet, K. K. Sand, and  S. L. S. Stipp, Adv. Funct. Mater. 25, 3081 (2015).

 

科学指南针是互联网+科技服务平台,500多家检测机构,提供近5万种设备和服务项目,涵盖生物医药、智能硬件、化学化工等多个领域,由专业人员1对1跟踪服务,保证检测质量与效率。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。