Phân tích diện tích bề mặt riêng và độ xốp
Diện tích bề mặt riêng và độ xốp có tác động đáng kể đến hiệu suất của chất xúc tác. Diện tích bề mặt riêng lớn hơn có nghĩa là nhiều tâm hoạt động hơn được tiếp xúc, cho phép các chất phản ứng tiếp xúc hoàn toàn hơn với chất xúc tác, do đó làm tăng tốc độ phản ứng. Cấu trúc lỗ xốp thích hợp tạo điều kiện cho sự khuếch tán của chất phản ứng và sản phẩm, ảnh hưởng đến độ chọn lọc của phản ứng.
1.Phương pháp kiểm tra diện tích bề mặt riêng
Phân tích BET là phương pháp thường được sử dụng để đo diện tích bề mặt riêng và độ xốp của chất xúc tác. Nó dựa trên đặc tính hấp phụ vật lý của khí trơ như nitơ trên bề mặt chất xúc tác. Bằng cách đo lượng hấp phụ ở các áp suất khác nhau, một mô hình lý thuyết cụ thể được sử dụng để tính diện tích bề mặt cụ thể, thể tích lỗ rỗng, phân bố kích thước lỗ rỗng và các thông tin khác của chất xúc tác. Như được hiển thị trong Hình 1, thí nghiệm giải hấp phụ của chất xúc tác trong môi trường nitơ có thể xác định kích thước diện tích bề mặt cụ thể và cấu trúc lỗ chân lông của nó, đồng thời có thể làm rõ sự phân bố kích thước hạt. Cấu trúc lỗ xốp phong phú và diện tích bề mặt riêng cao giúp nó hoạt động tốt trong các phản ứng hấp phụ và xúc tác. Phân tích BET có thể tiết lộ chính xác những đặc điểm này, tạo cơ sở cho việc tối ưu hóa việc điều chế và ứng dụng chất xúc tác.
Hình 1: Đường cong giải hấp hấp phụ nitơ và phân bố kích thước lỗ rỗng
phân tích cấu trúc
1. Nhiễu xạ tia X (XRD)
Công nghệ XRD giống như chụp “ảnh cấu trúc phân tử” của chất xúc tác. Khi tia X được chiếu lên các mẫu xúc tác, hiện tượng nhiễu xạ xảy ra và các chất xúc tác có pha tinh thể khác nhau tạo ra các mẫu nhiễu xạ cụ thể. Cấu trúc tinh thể, thành phần pha và kích thước hạt của chất xúc tác có thể được xác định thông qua phân tích. Ví dụ, trong Hình 2, các thử nghiệm XRD được tiến hành trên ba chất xúc tác bột khác nhau và kết quả cho thấy cả ba mẫu có hình thái khác nhau đều rất phù hợp với thẻ tiêu chuẩn Cu9S5 (JCPDS 47-1748).
Chiều rộng nửa đỉnh của mặt phẳng tinh thể Cu9S5 SNWs (001) lớn hơn đáng kể so với hai dạng mẫu còn lại. Theo công thức Scherrer, kích thước hạt càng nhỏ thì chiều rộng nửa đỉnh nhiễu xạ tương ứng càng lớn. Ngược lại, kích thước hạt càng lớn thì nửa chiều rộng đỉnh nhiễu xạ càng sắc nét. Do kích thước dưới nanomet (0,95 nm) của mẫu Cu9S5 SNW và thực tế là mẫu thể hiện cấu trúc đơn bào không có mặt phẳng tinh thể hoàn chỉnh, chiều rộng nửa đỉnh lớn hơn đáng kể, trong khi chiều rộng nửa đỉnh (001) của Cu9S5 SNW cao hơn.
Hình 2: Biểu đồ XRD của chất xúc tác Cu9S5 SNWs
2. Hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR)
FT-IR là một kỹ thuật phân tích quang phổ dựa trên sự chuyển đổi mức năng lượng quay rung động phân tử. Bằng cách chiếu xạ mẫu bằng ánh sáng hồng ngoại do giao thoa kế tạo ra, tín hiệu hấp thụ, truyền hoặc phản xạ của mẫu tới các bước sóng khác nhau của ánh sáng hồng ngoại sẽ được ghi lại. Giao thoa kế được chuyển đổi thành phổ hồng ngoại thông qua biến đổi Fourier, phản ánh đặc tính rung động của các nhóm chức trong phân tử. Chức năng chính của nó là xác định các nhóm chức (như hydroxyl, carbonyl, methyl, v.v.) trong phân tử và suy ra cấu trúc hóa học của các hợp chất thông qua vị trí (số sóng), cường độ và hình dạng của các đỉnh đặc trưng trong quang phổ. Nó là phương tiện cốt lõi để phân tích cấu trúc của các hợp chất hữu cơ, vật liệu polymer và các vật liệu khác.
Trong phổ FT-IR của Cu9S5 SNW như trên Hình 3, quan sát thấy hiện tượng dịch chuyển đỏ đáng kể so với Cu9S5 NW, cho thấy sự tương tác điện tử giữa Cu và S. Các đỉnh đặc trưng của các mẫu Cu9S5 NW và Cu9S5 SNW ở 2916 cm-1 và 2846 cm-1 có thể được quy cho chế độ rung kéo dài của methylene (- CH2-) trong dodecanethiol, trong khi đỉnh đặc trưng ở 1471 cm-1 tương ứng với mode dao động uốn của liên kết C-H.
Hình 3. Phổ hồng ngoại
3. Đặc tính Raman
Quang phổ Raman dựa trên hiệu ứng tán xạ Raman. Bằng cách phát hiện sự chênh lệch tần số (sự dịch chuyển Raman) giữa ánh sáng tán xạ và ánh sáng tới được tạo ra bởi sự va chạm không đàn hồi của tia laser và phân tử, có thể thu được đặc tính mức năng lượng dao động và quay của các phân tử. Sự dịch chuyển Raman là “dấu vân tay” của cấu trúc phân tử, đặc biệt phù hợp với các nhóm chức không phân cực khó đo bằng quang phổ hồng ngoại (như liên kết đôi carbon carbon và nhóm chức đối xứng), thường bổ sung cho quang phổ hồng ngoại.
Như được hiển thị trong Hình 4, phổ Raman của V-RuO2 (RuO2 pha tạp V) phù hợp với phổ Raman của RuO2, không có các đỉnh duy nhất nào khác, ngoại trừ việc tạo ra V2O5. Doping V chuyển chế độ A1g của RuO2 sang số sóng thấp hơn, cho thấy rằng việc đưa V vào ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc mạng tinh thể và môi trường liên kết hóa học của nó (có thể dẫn đến chỗ khuyết oxy hoặc khuyết tật cục bộ), do đó làm thay đổi cấu trúc điện tử của nó; Sự dịch chuyển sang trái của đỉnh A1g phản ánh sự tương tác giữa các nguyên tử V và mạng RuO2, cho thấy pha tạp V điều chỉnh tính đối xứng cục bộ và đặc tính độ dài liên kết của RuO2.
Hình 4: Phổ Raman của V-RuO2.
Phân tích thành phần hóa học
Công nghệ XPS có thể phân tích sâu thành phần nguyên tố, trạng thái hóa học và cấu trúc điện tử của bề mặt xúc tác. Khi bề mặt chất xúc tác được chiếu tia X, các electron của nguyên tử bề mặt bị kích thích. Bằng cách phát hiện năng lượng và số lượng của các quang điện tử này, chúng ta có thể xác định loại và hàm lượng của nguyên tố đó, cũng như môi trường hóa học nơi chứa nguyên tố đó. Ví dụ, khi nghiên cứu các chất xúc tác kim loại được hỗ trợ, XPS có thể xác định chính xác dạng kim loại trên bề mặt chất hỗ trợ, cho dù đó là nguyên tố kim loại hay oxit kim loại và sự thay đổi trạng thái oxy hóa của nó. Điều này rất quan trọng để hiểu được hoạt động và cơ chế khử hoạt tính của chất xúc tác. Như được hiển thị trong Hình 5, XPS đã được sử dụng để thể hiện thành phần và trạng thái hóa trị của các nguyên tố Ru, Co và Ni. Phổ mịn XPS của các nguyên tố cụ thể trong mẫu được sử dụng để xác định độ dịch chuyển dương/âm của năng lượng liên kết, cho thấy sự tồn tại của các tương tác điện tử.
Hình 5: Phổ tinh XPS của Ru 3p, Co 2p, Ni 2p
kỹ thuật hiển vi
1. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
SEM quét bề mặt mẫu bằng cách phát ra chùm tia điện tử, thu thập các electron thứ cấp hoặc electron tán xạ ngược để chụp ảnh, có thể cung cấp thông tin hình thái vi mô của bề mặt chất xúc tác, với độ phân giải thường từ nanomet đến micromet. Thông qua hình ảnh SEM, có thể quan sát trực quan kích thước, hình dạng và trạng thái tập hợp của các hạt xúc tác cũng như kết cấu bề mặt và độ nhám. Khi nghiên cứu các chất xúc tác xốp, SEM có thể hiển thị rõ ràng sự phân bố cấu trúc lỗ xốp của chúng, điều này có liên quan chặt chẽ đến sự chuyển khối và hiệu suất phản ứng của chất xúc tác.
2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
TEM cho phép chúng ta quan sát trực tiếp cấu trúc vi mô của chất xúc tác. Nó phát ra một chùm electron xuyên qua mẫu và ghi lại hình ảnh tán xạ sau sự tương tác giữa các electron và mẫu. Bằng cách sử dụng TEM, chúng ta có thể thấy rõ kích thước, hình dạng và sự phân bố của các hạt xúc tác cũng như quan sát cấu trúc mạng tinh thể và các khuyết tật bên trong chất xúc tác.
Các kỹ thuật mô tả đặc tính cơ bản của chất xúc tác là công cụ mạnh mẽ để hiểu sâu hơn về các tính chất vật lý, hóa học và cấu trúc của chúng. Thông qua ứng dụng toàn diện, cơ chế phản ứng xúc tác có thể được khám phá, cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế và phát triển các chất xúc tác hiệu suất cao. Với sự tiến bộ của công nghệ, công nghệ này tiếp tục đổi mới và phát triển theo hướng có độ phân giải cao hơn, định lượng chính xác hơn và mô phỏng tốt hơn các điều kiện phản ứng thực tế.
SAT NANO là nhà cung cấp chuyên nghiệp củabột nanovà bột vi mô ở Trung Quốc, chúng tôi có thể cung cấpbột kim loại, bột hợp kim, bột cacbua,bột oxitv.v., nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo địa chỉ sales03@satnano.com
