固体表面化学Chapter6分析
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占有很重要的地位,例如使液態植物油氫化,得到在常溫下是固態的塗麵包用的植物性牛油(margarine 數有機物的合成,塑膠材料及氨的製造等,都需要使用觸媒以提高反應速2007年諾貝爾化學獎得主鯊鯊厄特爾大貢獻促使德國政府把原來的威廉凱撒研究所改名為弗里茲哈伯研究所。
而哈伯及博世(Bosch )也分別於1918及1931年獲得諾貝爾化學獎。
觸媒專家厄特爾教授早期就對固體表面化學反應過程很感興趣,特別是固體表面上的化學反應機制。
他的研究涉及幾項日常生活上的應用,例如在氧化鐵上合成氨氣、在鉑表面上氧化一氧化碳等反應機制的深入研究,非常有助於了解鐵的銹化、燃料電池與汽車觸媒運作的各種反應過程。
在瑞典皇家科學院委員會頒給厄特爾教授2007年諾貝爾化學獎的聲明中,讚揚他的貢獻在於建立現代表面化學研究的基礎及實驗方法。
德國柏林工業大學化學系教授德立斯(Mattias Driess )稱讚由於厄特爾教授在觸媒領域的頂尖地位,使得他得以單獨獲得諾貝爾獎。
厄特爾教授發展出一副「眼鏡」用於觀察分子在固態表面上的化學反應過程,其實這個所謂的「眼鏡」涵蓋很多表面科學儀器,如電子顯微鏡、低能電子繞射器、高能電子繞射器、穿隧電子顯微鏡、電子能量損失譜儀、光子發射電子顯微鏡、雷射儀、歐傑電子光譜儀、X 射線光子電子光譜及質譜儀。
現在,從這些表面物理分析儀器中挑出低能電子繞射器、光子發射電子顯微鏡、穿隧電子顯微鏡3種,來介紹厄特爾教授團隊如何用它們探測一氧化碳在鉑金屬表面上的氧化過程。
他們從1980年起研究一氧化碳在鉑單晶表面,即鉑(100)單晶面上的氧化過程。
其實早在10年之前,研究人員就發現一氧化碳在鉑金屬表面上的氧化反應速率並非固定,而是隨時催化劑(觸媒)的製造和應用,裛近代化學史及日常生活中占有極重要的地位,例如汽油提煉與無數有機物的合成,塑膠材料及氨肥料的製造等,都需要使用觸媒以提高反應速率,並減少能量的消耗。
間呈周期性的變化,可是當時沒人知道這一現象發生的原因。
固体表⾯化学2016/1/12 10:49:00在固体表⾯研究中,有关(1)固体表⾯组成(2)表⾯原⼦及吸附原⼦或吸附分⼦的⼏何结构(3)吸附原⼦或吸附分⼦同表⾯的键合及吸附分⼦中的键合的三⽅⾯的信息⾄关重要,为获得以上信息,请列举⾄少⼀种有效的表征⽅法,简要说明原理、所获信息和为什么是表⾯敏感⼿段。
Low-Energy Electron Diffraction(LEED)从低能电⼦(≤500 ev电⼦束,平均⾃由程(波长) ≤ 2 nm )与表⾯作⽤,发⽣弹性散射研究清洁固体表⾯或表⾯吸附的⼏何结构的有效⼿段。
可获得信息为:清洁表⾯原⼦排列形式(⼏何结构);吸附原⼦或分⼦在表⾯排列形式X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)X射线激发固体中原⼦或离⼦的内层电⼦,通过能量差得出内层电⼦结合能的信息。
对于特定的原⼦其结合能是特定的,因⽽可⽤于表⾯组成分析。
随价态及化学环境的变化,结合能会有⼀定移动,从移动可以判断原⼦价态及配位环境。
可获得信息为:表⾯组成;表⾯原⼦的价态、配位环境因光电⼦逃逸深度⼩于2-3 nm, 所以是表⾯敏感⼿段。
High-Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy (HREELS)低能电⼦束同固体表⾯相互作⽤,引起表⾯吸附物种分⼦的振动发⽣跃迁,通过测定反射电⼦束的能量,从能量损失的情况得到吸附物种振动跃迁的信息。
可获得信息为:表⾯吸附物种的键合结构HREELS实际上所得信息与IR相似,只不过HREELS使⽤低能电⼦,从⽽所得信息是⾼度表⾯灵敏的。
对表⾯吸附物种的灵敏程度为IR的约100倍。
真空中的清洁固体表⾯结构常与从体相所预测的晶⾯结构不同,这种差异主要可归结为表⾯弛豫和表⾯重构现象,请(1)叙述什么是表⾯重构和表⾯弛豫(2)图⽰Ir(100)的理想表⾯结构,该表⾯有可能重构为(5×1)结构,为什么?图⽰过程。