原位紅外光譜表征高真空系統

CEL-CCHV原位紅外光譜表征高真空系統優(yōu)勢特點(diǎn)：

1）樣品處理開(kāi)始后樣品池中真空度可達到10-3 Pa；
2）樣品測量過(guò)程中各樣品可同時(shí)或分別進(jìn)行預處理、吸附、脫附探針?lè )肿樱?br/>3）測量所需探針?lè )肿訛樗嵝曰驂A性分子，高硼硅玻璃材質(zhì)避免了各類(lèi)氣體的相互污染；
4）真空處理系統由機械泵與玻璃四級擴散泵串聯(lián)組成，可滿(mǎn)足樣品測試所需的高真空度的要求，具有抽速快、體積小、噪音低、操作簡(jiǎn)單、使用方便等特點(diǎn)；
5）低真空部分主要是抽除系統中的高濃度氣體或吸附的殘余氣體；
6）各部分節門(mén)選用高硼硅玻璃節門(mén)，滿(mǎn)足系統高真空的要求，透明性操作，便于調試；
7）真空測量?jì)x使用數顯高精密真空計；
8）本系統所配透過(guò)式石英紅外吸收池，可對樣品進(jìn)行陪燒、流動(dòng)氧化還原、抽空脫氣、吸附反應等處理過(guò)程，可隨時(shí)移入或移出到紅外光譜儀的光路中進(jìn)行實(shí)驗，對樣品的加熱溫度最高可達450度；
9）波紋管更換方便。
10）高真空系統和原位紅外吸收池可按客戶(hù)要求進(jìn)行更改和定制。

產(chǎn)品應用：

1、吸附態(tài)研究和催化劑紅外光譜表征
紅外光譜已經(jīng)廣泛應用于催化劑表面性質(zhì)的研究，其中*和廣泛應用的是研究吸附在催化劑表面的所謂“探針?lè )肿?的紅外光譜，如：NO、CO、CO2、NH3、C3H5N等，紅外光譜表征可以提供催化劑表面尤其是原位反應條件下催化劑表面存在的“活性中心"和表面吸附物種的信息，因此對于揭示催化反應機理十分重要。
1.1 CO吸附態(tài)研究
CO具有很高的紅外消光系數，其未充滿(mǎn)的空軌道很容易同過(guò)渡金屬相互作用，同時(shí)許多重要的催化反應如羰基合成、水煤氣合成、費托合成等均與CO密切相關(guān)，因此，研究CO在過(guò)渡金屬表面的吸附態(tài)是一項十分廣泛的研究課題。
1.2催化劑表面組成測定
合金催化劑表面組成與體相組成的差異會(huì )導致催化劑的性能顯著(zhù)不同，因此，測定催化劑的表面組成對理解反應的活性位相當重要。利用兩種氣體混合物在雙組份過(guò)渡金屬催化劑表面上的競爭吸附，并通過(guò)紅外光譜測定其強度，可以方便地測定雙金屬負載催化劑的表面組成。典型的例子是CO和NO在Pt-Ru雙金屬催化劑上共吸附的紅外光譜。
1.3幾何效應和電子效應研究
在高分散金屬催化劑中引入第二金屬組元，由于金屬間的幾何效應和電子效應可顯著(zhù)改變催化劑的吸附性能從而改變催化活性。如在Pd-Ag/SiO2催化劑體系中，Ag對Pd起稀釋作用，當Ag含量增加，成雙存在的Pd濃度減少，因而橋式CO減少，線(xiàn)式CO增加，說(shuō)明幾何效應改變了CO在Pd-Ag/SiO2體系中的吸附性能，同時(shí)，隨Ag含量的增加，CO吸附譜帶紅移加大，說(shuō)明Pd-Ag之間存在電子效應。
1.4吸附分子相互作用研究
CO吸附在過(guò)渡金屬表面時(shí)存在d-π反饋，nco同d-π反饋程度有有關(guān)，而d-π反饋程度與金屬本身的d軌道情況有關(guān)，因此，通過(guò)CO吸附態(tài)的紅外吸收光譜的化學(xué)位移，可以考察其它分子與CO共同吸附時(shí)導致的分子與金屬組元之間的電子轉移過(guò)程。如：當能夠給出電子的Lewis堿與CO共吸附在Pt上時(shí)，根據d-π反饋原理，吸附在Pt上的CO伸縮振動(dòng)向低波數位移，而當能夠接受電子的受體與CO共吸附在Pt上時(shí)，根據d-π反饋原理，吸附在Pt上的CO伸縮振動(dòng)向高波數位移。
2、氧化物、分子篩催化劑的紅外光譜表征
2.1 固體表面酸性測定
固體表面酸性位一般可看作是氧化物催化劑表面的活性位。在眾多催化反應如催化裂化、異構化、聚合等反應中烴類(lèi)分子與表面酸性位相互作用形成正碳離子，該正碳離子是反應的中間物種。正碳離子理論可以成功解釋烴類(lèi)在酸性表面上的反應，也對酸性位的存在提供了有力證明。
為了表征固體酸催化劑的性質(zhì)，需要測定表面酸性位的類(lèi)型(Lewis酸，Bronsted酸)、強度和酸量。測定表面酸性的方法很多，如堿滴定法、堿性氣體吸附法、熱差法等，但這些方法都不能區分L酸和B酸部位。紅外光譜法則廣泛用來(lái)研究固體催化劑表面酸性，它可以有效區分L酸和B酸，在該方法中，常用堿性吸附質(zhì)如氨、吡啶、三甲基胺、正丁胺等來(lái)表征酸性位，其中應用比較廣泛的是吡啶和氨。
2.2 氧化物表面羥基的研究
氧化物尤其是大比表面的氧化物的表面結構羥基同許多催化反應如脫水反應、甲酸分解反應等有關(guān)，而表面結構羥基的性質(zhì)又同表面酸性有密切的關(guān)系，多年來(lái)，人們對氧化物表面羥基進(jìn)行了大量的研究，其中大部分研究著(zhù)眼于氧化物表面羥基的結構、性質(zhì)以及同酸性中心的關(guān)系，進(jìn)而同催化劑的反應性能相關(guān)聯(lián)。研究催化劑表面結構羥基的方法很多，但卓有成效的是紅外光譜法。
2.3 氧化物表面氧物種研究
甲烷是烴類(lèi)分子中結構簡(jiǎn)單、對稱(chēng)、化學(xué)惰性的分子，從基礎研究角度認識以甲烷為代表的低碳烴類(lèi)活化機理具有極大的學(xué)術(shù)意義。但是，甲烷分子很難吸附在催化劑表面上，因此很難直接觀(guān)察到它在氧化物表面的活化過(guò)程。而氧化物表面（尤其堿性氧化物表面）的氧物種研究由于表面存在一層穩定的碳酸鹽使得對其研究十分困難。鑒于上述原因，氧化物表面氧物種的研究一直沒(méi)有取得重大進(jìn)展。近年來(lái)采用了“化學(xué)捕集"技術(shù)、同位素交換技術(shù)和低溫原位紅外光譜方法相結合應用于上述研究取得了一些關(guān)于表面氧物種和甲烷活化的重要信息。
3、原位紅外光譜應用于反應機理研究
長(cháng)期以來(lái)人們研究了各種分子在催化劑表面的吸附態(tài)并獲得了許多重要的信息，但是這些信息都是在反應沒(méi)有發(fā)生時(shí)測得的。而反應條件下的吸附物種的類(lèi)型、結構、性能與吸附條件下的吸附物種的類(lèi)型、結構、性能有很大差別，因此，僅利用吸附條件下分別測得的吸附物種信息無(wú)法準確闡明反應機理，為此，進(jìn)行反應條件下吸附物種的研究十分必要。而在反應條件下催化劑表面吸附的物種并未都參與反應，因此如何在多種吸附物種中識別出參與反應的“中間物種"是非常重要的課題。原位紅外光譜可以測量催化劑在反應狀態(tài)下吸附物種的動(dòng)態(tài)行為，因此可以獲得催化劑表面物種的動(dòng)態(tài)信息，并可據此推斷反應機理。

詳細介紹：

CEL-CCHV原位紅外光譜表征高真空系統是用于測定催化劑表面組成、吸附、酸性、物種、表面羥基及反應機理的設備，包括高真空系統和原位紅外吸收池兩部分，可以配合Bruker布魯克等主要紅外光譜儀進(jìn)行氨、吡啶、一氧化碳、一氧化氮、甲醇、乙醇等化合物的化學(xué)吸附測定及反應機理研究。
催化劑表征對于了解催化劑結構和組成在預處理、誘導期和反應條件下以及再生過(guò)程中所發(fā)生的變化是至關(guān)重要的。催化反應機理的知識、特別是結構、動(dòng)態(tài)學(xué)和沿催化反應途徑中生成的反應中間物的能量學(xué)可為開(kāi)發(fā)新催化劑和改良現有催化劑提供更深刻的認識。原位譜學(xué)觀(guān)察又是闡明反應機理、分子與催化劑相互作用的動(dòng)態(tài)學(xué)和中間物結構的*的技術(shù)。這些研究還可以提供有關(guān)催化劑和底物相互作用及有關(guān)活化勢壘的熱力學(xué)方面信息。反應機理和動(dòng)力學(xué)的研究，特別是對催化反應中間物的原位觀(guān)察，對發(fā)展催化科學(xué)是非常必要的。因為這樣的研究結果提供了催化作用的全面知識，并有助于闡明催化劑結構和功能的關(guān)系。

高真空系統由玻璃四級擴散泵、真空泵、精密真空表、電離規、集氣瓶、球形安瓶、制備瓶、可伐、真空活塞等組成。該系統的高真空是通過(guò)一臺優(yōu)質(zhì)低噪聲的機械泵和一臺玻璃四級擴散泵組成的機組而獲得。

原位紅外吸收池由石英制成，分樣品臺和真空密封窗口兩部分。樣品臺帶有加熱組件、熱電偶、冷卻系統和氣體引入系統；真空密封窗口由冷卻系統和CaF2窗片組成。該吸收池采用透射模式進(jìn)行紅外光譜表征，可對樣品進(jìn)行焙燒、流動(dòng)氧化還原、抽空脫氣、吸附反應等處理過(guò)程，可隨時(shí)移入或移出到紅外光譜儀的光路中，也可利用配備的延長(cháng)管路進(jìn)行原位表征實(shí)驗。樣品的加熱采用程序升溫方法控制溫度，最高溫度可達450℃。標準配置的吸收池窗口材料為CaF2，工作區間為4000—1000cm-1，也可按用戶(hù)需要配置其他窗口材料。

表1 紅外窗口材料的性質(zhì)

*兩個(gè)面上的反射損失, NA 不透明.

玻璃高真空系統部分組成及說(shuō)明：

請參閱圖1所示，本玻璃高真空實(shí)驗測試系統，主要應用紅外光譜催化劑原位表征、催化劑表面吸附物種和催化劑表征方面（探針?lè )肿拥募t外光譜）以及反應動(dòng)態(tài)學(xué)方面的研究。
該系統包括由機械真空泵A，真空波紋管B，可伐KF接頭C，緩沖球D，組成一級真空泵，用于抽取低真空段，該部分真空可以抽取到1.0Pa；玻璃擴散泵E，用于提升真空度，提升真空度到10-2-10-3Pa，此為二級真空泵，液氮冷阱F，用于冷卻系統中雜質(zhì)氣體，也有利于幫助提高真空度；真空規管G和精密真空表J，分別用于測量系統的高真空度及低真空度；玻璃球瓶H、I為儲氣瓶，用于儲存備用純化好的氣體；玻璃管P為高真空部，為工作玻璃管，為該系統的核心部分；玻璃管Q為低真空部，用于連接測試樣品池M，進(jìn)氣接口Ｌ，為工作管Ｐ服務(wù)，并實(shí)現高低真空的轉換；玻璃制備瓶K，用于氣體的純化與制備；制備安瓶N，用于液體的純化與制備；該系統全部采用玻璃真空閥門(mén)，更好的保證了氣密性，02,03為三通玻璃真空閥門(mén)（詳圖2），01、04、05、06、07、08、09、10、11為二通玻璃真空閥門(mén)（詳圖3）。
本實(shí)用新型中所采用的管路均為玻璃管路，所采用的閥門(mén)均為玻璃高真空閥門(mén)，真空閥門(mén)可以保證系統使用過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生漏氣或緩慢滲漏的情形。圖1-C中不銹鋼管與玻璃管路采用可伐（Kovar）連接。