目錄
叢書(shū)序
序
《現(xiàn)代催化研究方法》前言
第1章 物理吸附和催化劑的宏觀(guān)物性測(cè)定 1
1.1 吸附與物理吸附 3
1.1.1 固氣表面上的吸附 3
1.1.2 物理吸附的理論模型 12
1.2 催化劑的宏觀(guān)物性測(cè)定 32
1.2.1 表面積 32
1.2.2 孔容和孔尺寸分布 43
1.2.3 顆粒度測(cè)定 61
1.2.4 密度測(cè)定 75
1.2.5 催化劑機(jī)械強(qiáng)度的測(cè)定 78
參考文獻(xiàn) 80
第2章 透射電子顯微鏡 85
2.1 透射電子顯微鏡簡(jiǎn)介 88
2.1.1 電子槍 89
2.1.2 照明系統(tǒng) 90
2.1.3 物鏡 91
2.1.4 中間鏡和投影鏡 93
2.1.5 記錄系統(tǒng) 93
2.2 電子衍射和成像 94
2.2.1 電子物質(zhì)相互作用 94
2.2.2 電子衍射 95
2.2.3 透射電子顯微鏡成像 101
2.3 掃描透射電子顯微鏡 110
2.4 分析電子顯微鏡 113
2.4.1 X射線(xiàn)能譜 113
2.4.2 電子能量損失譜 117
2.5 電子顯微鏡中樣品的輻射損傷 119
2.6 電子顯微鏡在多相催化中的應(yīng)用 121
2.6.1 試樣的制備 122
2.6.2 催化劑粒子大小分布 122
2.6.3 金屬納米顆粒的原子結(jié)構(gòu) 124
2.6.4 二元金屬粒子的化學(xué)組分和結(jié)構(gòu) 128
2.6.5 金屬載體相互作用 131
2.6.6 催化劑表面結(jié)構(gòu) 136
2.6.7 過(guò)渡族金屬氧化物催化劑 140
2.6.8 電子能量損失譜在研究催化材料中的應(yīng)用 143
2.7 新型透射電鏡 147
2.7.1 球差修正的透射電鏡/掃描透射電鏡 147
2.7.2 高能量分辨率掃描透射電子顯微鏡 149
2.7.3 三維電子顯微術(shù) 151
2.7.4 電子全息成像 154
2.7.5 原位環(huán)境透射電子顯微鏡 154
2.8 透射電子顯微鏡的局限性及注意事項(xiàng) 160
2.9 結(jié)束語(yǔ) 162
參考文獻(xiàn) 163
第3章 熱分析方法 169
3.1 熱分析的分類(lèi) 171
3.2 幾種常用的熱分析技術(shù) 174
3.2.1 熱重法 174
3.2.2 差熱分析 175
3.2.3 差示掃描量熱法 177
3.2.4 溫度調(diào)制式差示掃描量熱法 178
3.3 熱分析動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介 180
3.4 熱分析在催化研究中的應(yīng)用 181
3.4.1 催化劑性能方面的研究 182
3.4.2 動(dòng)力學(xué)研究 190
3.4.3 純硅分子篩結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)研究 193
3.4.4 在儲(chǔ)氫、制氫領(lǐng)域中的應(yīng)用 194
3.5 熱分析聯(lián)用技術(shù) 201
3.5.1 熱重分析與FTIR光譜儀聯(lián)用（TG-IR）技術(shù) 201
3.5.2 熱重分析與質(zhì)譜儀聯(lián)用（TG-MS）技術(shù) 203
3.5.3 熱重-紅外-質(zhì)譜聯(lián)用（TG-IR-MS）技術(shù) 205
3.5.4 X射線(xiàn)吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜-差示掃描量熱聯(lián)用（XAFS-DSC）技術(shù) 207
3.5.5 X射線(xiàn)衍射-差示掃描量熱聯(lián)用（XRD-DSC）技術(shù) 208
3.6 熱分析實(shí)驗(yàn)技巧 209
3.6.1 升溫速率的影響 209
3.6.2 樣品用量的控制 209
3.6.3 氣氛的選擇 209
3.6.4 坩堝加蓋與否的選擇 210
3.6.5 DSC基線(xiàn) 211
3.7 結(jié)束語(yǔ) 212
符號(hào)說(shuō)明 212
參考文獻(xiàn) 215
第4章 多晶X射線(xiàn)衍射分析 219
4.1 晶體學(xué)基礎(chǔ)：周期性與對(duì)稱(chēng)性 222
4.1.1 晶體的空間點(diǎn)陣與周期性 222
4.1.2 晶體的對(duì)稱(chēng)性 223
4.1.3 晶面與晶面符號(hào)，晶面指標(biāo)與衍射指標(biāo) 232
4.2 X射線(xiàn)的性質(zhì)及其與物質(zhì)的作用 234
4.2.1 X射線(xiàn)譜：連續(xù)譜和特征譜 234
4.2.2 X射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用 235
4.2.3 K吸收、二次熒光與X射線(xiàn)的單色化 236
4.3 衍射的幾何原理：倒易空間與衍射方法 238
4.3.1 倒易格子與正格子的關(guān)系 238
4.3.2 倒易點(diǎn)陣的應(yīng)用：X射線(xiàn)衍射原理 239
4.3.3 衍射方法與衍射數(shù)據(jù)的獲得 242
4.4 晶體對(duì)X射線(xiàn)的衍射 244
4.4.1 衍射峰的位置與晶面間距 244
4.4.2 多晶X射線(xiàn)衍射峰的強(qiáng)度 245
4.4.3 原子的散射因子與晶體的結(jié)構(gòu)因子 247
4.4.4 衍射的系統(tǒng)消光 250
4.5 X射線(xiàn)衍射物相鑒定與相定量分析 254
4.5.1 X射線(xiàn)衍射物相定性分析 254
4.5.2 X射線(xiàn)衍射物相定量分析 258
4.6 衍射圖的指標(biāo)化 264
4.6.1 立方晶系指標(biāo)化方法：解析法 265
4.6.2 Hesse-Lipson解析法 266
4.6.3 常見(jiàn)指標(biāo)化程序原理和方法 267
4.6.4 指標(biāo)化結(jié)果的判斷：品質(zhì)因子 268
4.7 衍射峰的寬化與Scherrer方程 270
4.7.1 Scherrer方程：物理意義與數(shù)學(xué)表達(dá) 270
4.7.2 衍射峰分析與Scherrer方程應(yīng)用 274
4.8 多晶X射線(xiàn)衍射結(jié)構(gòu)分析的重要方法——Rietveld法 278
4.8.1 Rietveld方法的基本原理 279
4.8.2 峰性擬合 283
4.9 多晶X射線(xiàn)衍射數(shù)據(jù)分析數(shù)例 284
4.9.1 晶胞參數(shù)的精修 284
4.9.2 催化材料物相的確認(rèn)與相定量 286
4.9.3 ZnO晶粒大小分析 287
4.9.4 已知沸石及其修飾結(jié)構(gòu)的解析與精修 289
4.9.5 新型沸石的合成與結(jié)構(gòu)解析：從RUB-39到RUB-41 293
4.10 Debye方法簡(jiǎn)介與低維材料散射圖的模擬 295
4.10.1 有序-無(wú)序結(jié)構(gòu)X射線(xiàn)散射原理 295
4.10.2 （擬）薄水鋁石散射/衍射圖的模擬與結(jié)構(gòu)分析 296
4.10.3 二硫化鉬散射/衍射圖的模擬與結(jié)構(gòu)分析 297
參考文獻(xiàn) 299
第5章 化學(xué)吸附和程序升溫技術(shù) 301
5.1 化學(xué)吸附的基本原理 304
5.1.1 化學(xué)吸附過(guò)程簡(jiǎn)單的熱力學(xué)討論 304
5.1.2 吸附速率 305
5.1.3 脫附速率 306
5.2 化學(xué)吸附的基本規(guī)律——三種模型的吸附等溫式 307
5.2.1 Langmuir吸附等溫式 307
5.2.2 Freundlich吸附等溫式 308
5.2.3 Temkin吸附等溫式 309
5.3 動(dòng)態(tài)分析方法理論 310
5.3.1 程序升溫脫附基本原理 311
5.3.2 TPD實(shí)驗(yàn)裝置和譜圖定性分析 312
5.3.3 TPD過(guò)程中動(dòng)力學(xué)參數(shù)的確定 313
5.3.4 還原過(guò)程基本原理 316
5.3.5 程序升溫氧化原理 319
5.3.6 程序升溫表面反應(yīng) 320
5.4 TPD技術(shù)在催化劑表面酸堿性和氧化還原性能研究中的應(yīng)用 320
5.4.1 NH3、C2H4和1-C4H8 TPD研究含硼分子篩的酸性質(zhì) 320
5.4.2 脫鋁MCM-49分子篩的結(jié)構(gòu)、酸性及苯與丙烯液相烷基化催化性能 324
5.4.3 摻Ag對(duì)氧化錳八面體分子篩催化CO氧化性能的影響 325
5.5 TPR、TPO技術(shù)在催化劑氧化還原性能研究中的應(yīng)用 327
5.5.1 CuO-CeO2催化劑中CuO物種的確認(rèn) 327
5.5.2 Ce-Ti-O固溶體的氧化還原性能表征 329
5.5.3 PdO/CeO2催化劑的還原性能 332
5.5.4 V2O5/TiO2催化劑的氧化還原性能研究 334
5.5.5 鈷/氧化鋁催化劑表面積炭研究 335
5.5.6 H2-TPR過(guò)程中的一些定性及定量方法 336
5.6 TPSR技術(shù)在催化劑機(jī)理研究中的應(yīng)用 338
5.7 總結(jié) 340
參考文獻(xiàn) 340
第6章 催化過(guò)程的拉曼光譜方法 343
6.1 拉曼光譜原理簡(jiǎn)述 345
6.1.1 拉曼效應(yīng) 345
6.1.2 拉曼光譜的基本理論 346
6.1.3 熒光的發(fā)生機(jī)制 350
6.2 拉曼光譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展 350
6.2.1 激光光源 351
6.2.2 外光路系統(tǒng) 352
6.2.3 樣品池 353
6.2.4 光譜儀 354
6.2.5 檢測(cè)和記錄系統(tǒng) 355
6.3 拉曼光譜在催化研究領(lǐng)域中的應(yīng)用 355
6.3.1 金屬氧化物催化劑 356
6.3.2 負(fù)載型金屬氧化物催化劑 357
6.3.3 負(fù)載型金屬硫化物 362
6.3.4 分子篩 363
6.3.5 表面吸附研究 369
6.3.6 原位反應(yīng)研究 371
6.4 紫外拉曼光譜儀在催化材料中的應(yīng)用研究 373
6.4.1 傳統(tǒng)拉曼光譜遇到的困難和解決方法 373
6.4.2 共振拉曼光譜 375
6.4.3 傅里葉變換拉曼光譜 377
6.4.4 表面增強(qiáng)拉曼光譜 378
6.4.5 共焦顯微拉曼光譜 379
6.4.6 紫外拉曼光譜 382
6.5 展望 402
參考文獻(xiàn) 403
第7章 原位紅外光譜方法 413
7.1 紅外光譜的基本原理和獲取原位紅外光譜的方法 417
7.1.1 透射紅外吸收光譜 417
7.1.2 漫反射紅外光譜 427
7.1.3 紅外發(fā)射光譜 429
7.1.4 衰減全反射紅外光譜 431
7.1.5 紅外合頻技術(shù)用于催化劑表征研究 434
7.1.6 時(shí)間分辨紅外光譜 436
7.1.7 近場(chǎng)光學(xué)紅外光譜 440
7.1.8 原位及operando紅外光譜技術(shù) 441
7.2 吸附分子的特征和它的紅外光譜詮釋 443
7.3 紅外光譜應(yīng)用于金屬催化劑表征 448
7.3.1 催化劑表面組成的測(cè)定 449
7.3.2 幾何效應(yīng)和電子效應(yīng)的研究 452
7.3.3 吸附分子相互作用研究 456
7.4 紅外光譜方法應(yīng)用于氧化物、分子篩催化劑的表征研究 459
7.4.1 體相氧化物的結(jié)構(gòu)和活性相研究 459
7.4.2 表面羥基的研究 465
7.4.3 固體表面酸性的測(cè)定 473
7.4.4 氧化物表面氧物種研究和低碳烴的活化 483
7.4.5 室溫下甲烷在Zn/ZSM-5上吸附、活化、反應(yīng)研究 486
7.5 加氫精制催化劑活性相和助劑作用研究（硫化物催化劑） 489
7.5.1 MoO3/Al2O3的表面結(jié)構(gòu)及狀態(tài) 490
7.5.2 Co對(duì)Mo/Al2O3表面狀態(tài)的影響 491
7.5.3 WO3/Al2O3的表面結(jié)構(gòu)及狀態(tài) 492
7.5.4 加氫脫硫（HDS）催化劑活性相研究 493
7.6 原位紅外光譜應(yīng)用于反應(yīng)機(jī)理的研究 498
7.6.1 HCOOH在Al2O3（ZnO）催化劑上的分解機(jī)理 498
7.6.2 利用DRIFT和TPSR技術(shù)研究甲醇的合成 501
7.6.3 甲醇合成中助劑乙醇的作用 503
7.6.4 光催化反應(yīng)機(jī)理 508
7.6.5 電催化反應(yīng)機(jī)理 514
參考文獻(xiàn) 518