浅谈原位漫反射傅立叶变换红外光谱.doc

浅谈原位漫反射傅立叶变换红外光谱漫反射傅立叶变换红外光谱（DRIFTS）是近年来发展起来的一项原位（insitu)技术通过对催化剂上现场反应吸附态的跟踪表征以获得一些很有价值的表面反应信息进而对反应机理进行剖析已在催化表征中日益受到重视。该表征技术适合于固体粉末样品的直接测定以及材料的表面分析。将漫反射方法红外光谱与原位红外技术结合试样处理简单无需压片并且不改变样品原有形态所以较之其他原位红外方法更容易实现在各种温度压力和气氛下的原位分析。1实验原理与装置原位漫反射红外光谱的实验系统一般由漫反射附件、原位池、真空系统、气源、净化与压力装置加热与温度控制装置、FTIR光谱仪组成。在红外光谱仪样品室加装一个漫反射装置将装好样品的原位池置于其中调整漫反射装置使样品上的漫反射光与主机的光路匹配以实现漫反射测量。原位池可在高温、高压高真空状态下工作。图1所示为漫反射红外装置的光路图。光谱仪光源发出的红外辐射光束经一椭圆镜会聚在样品表面并在内部进行折射、散射、反射和吸收当这部分辐射再次穿出样品表面时即是被样品吸收所衰减了的漫反射光。如图2所示。图3为漫反射原位池结构示意图图4为热电公司红外的漫反射附件实物图图1图2图3图4目前原位红外漫反射方面国内做的最好是大连化物所的辛勤老师自行设计出一套漫反射红外装置。利用该装置在催化反应机理推导方面研究出很多有意义的结果。实验操作开机前需要更换干燥剂装好液氮先对检测器冷却依次打开电脑、仪器、软件并检查各项参数是否在指定范围内根据需要设置扫描次数、分辨率、纵坐标。对于智能型有的参数一般是不需要更改设置的。调节样品池高度使探测器接收到的能量最大(粗调）然后将所测固体粉末样品装入样品池中刮平样品表面装上窗体再调节样品池高度（细调）保证光正好打在样品上。样品颗粒越细越好这样得出的谱图会更精细。对于深色样品不利于测样可以掺入溴化钾稀释。一般样品比如我们制的的催化剂要进行预处理即在惰性气体氛围中高温加热一两个小时一来可以除去催化剂上的水分和二氧化碳气体二来也是对催化剂的活化。注意气速不能开的太大否则会吹散样品粉末堵塞气体管路对后续实验造成影响或是把样品表面吹不平整也会影响谱图质量。如果做探针分子的选择化学吸附一般步骤是降温并在设定的温度段采集背景然后在特定的温度下关闭惰性气体通入探针气体直到达到吸附饱和再改吹惰性气体吹扫不断采集样品信息然后升温在开始采集背景时设定的温度段继续采样背景和采样温度应一致。如果特定需要还可以抽真空或加到一定压力。我们所测的固体催化剂样品一般分辨率都选择4cm-1扫描次数则常选择32、64。对于漫反射最好选择设置纵坐标以Kubelka－Munk表示以便可以在需要定量时使用。实验气路则是根据实验需要自行设计没有一定的模式切不同设计方法气路也有所不同。现举一例我们实验室常用来测样品酸性的气路图5如下图51气体干燥装置2气速控制装置3阀门4探针5原位池在催化中的应用红外光谱法用于催化研究领域已有几十年的历史。1964年Delfs等最先尝试用漫反射红外光谱探测HCN和C2H4在贵金属氧化物上的表面吸附行为由于漫反射信号衰减相当大以及当时仪器条件下难以发展其为具有实用价值的技术。随着傅立叶变换技术的发展高灵敏度检测器的出现从而解决了漫反射信号弱给红外测量带来的问题才使得这一技术真正实际应用于红外光谱分析。将漫反射红外技术引入催化研究的应是美国的光谱分析Griffiths等人。他们于1978年开发了一种椭球式漫反射辐射收集装置展示出在催化研究中的应用前景。这不仅对研究催化反应过程中吸附与脱附。活性中心和活性物种的结构以及表面反应机理等方面提供了一种快捷有效的方法。而且能在各种反应温度、压力和气氛接近实际反应条件下真实地原位追踪反应过程为人们从分子水平上认识催化反应机理和活性中心的本质提供有力的实验依据。在多相催化的表征和催化反应的研究中得到了广泛的应用尤其在表面羟基的鉴别、金属和氧化物表面吸附态研究、表面酸碱性的表征、金属—载体相互作用等方面极大丰富了催化表面的科学知识。下面简单介绍种在催化剂上最常用的表征应用例子a酸性测定固体酸催化过程中催化剂及其载体表面中心的酸碱性质会直接决定催化剂的催化性能。因此在研究催化剂的作用原理、改进现有的和研制新型的固体酸催化剂、以及在研究新型酸催化材料酸位的性质、来源