Spesifik yüzey alanı ve gözeneklilik analizi
Spesifik yüzey alanı ve gözeneklilik, katalizörlerin performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Daha büyük bir spesifik yüzey alanı, daha fazla aktif bölgenin açığa çıkması anlamına gelir, reaktanların katalizörle daha iyi temas etmesine olanak tanır ve böylece reaksiyon hızı artar. Uygun gözenek yapısı, reaksiyonun seçiciliğini etkileyerek reaktanların ve ürünlerin difüzyonunu kolaylaştırır.
1.BET'e özel yüzey alanı test yöntemi
BET analizi, katalizörlerin spesifik yüzey alanını ve gözenekliliğini ölçmek için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Nitrojen gibi inert gazların katalizör yüzeyindeki fiziksel adsorpsiyon özelliklerine dayanmaktadır. Farklı basınçlarda adsorpsiyon miktarını ölçerek, katalizörün spesifik yüzey alanını, gözenek hacmini, gözenek boyutu dağılımını ve diğer bilgilerini hesaplamak için spesifik bir teorik model kullanılır. Şekil 1'de gösterildiği gibi, katalizörün nitrojen ortamındaki adsorpsiyon desorpsiyon deneyi, spesifik yüzey alanı boyutunu ve gözenek yapısını belirleyebilir ve parçacık boyutu dağılımını açıklığa kavuşturabilir. Zengin gözenek yapısı ve yüksek spesifik yüzey alanı, adsorpsiyon ve katalitik reaksiyonlarda iyi performans göstermesini sağlar. BET analizi, katalizörlerin hazırlanmasını ve uygulanmasını optimize etmek için bir temel sağlayarak bu özellikleri doğru bir şekilde ortaya çıkarabilir.
Resim 1: Azot adsorpsiyon desorpsiyon eğrisi ve gözenek boyutu dağılımı
yapısal analiz
1.X-ışını kırınımı (XRD)
XRD teknolojisi bir katalizörün 'moleküler yapı fotoğrafını' çekmeye benziyor. X-ışınları katalizör örnekleri üzerine ışınlandığında kırınım olgusu meydana gelir ve farklı kristal fazlara sahip katalizörler belirli kırınım desenleri üretir. Katalizörün kristal yapısı, faz bileşimi ve tane boyutu analiz yoluyla belirlenebilir. Örneğin, Şekil 2'de, üç farklı toz katalizör üzerinde XRD testleri gerçekleştirilmiştir ve sonuçlar, farklı morfolojilere sahip üç numunenin hepsinin standart Cu9S5 (JCPDS 47-1748) kartıyla yüksek düzeyde eşleştiğini göstermiştir.
Cu9S5 SNW'lerin (001) kristal düzleminin yarı tepe genişliği, diğer iki numune formundan önemli ölçüde daha büyüktür. Scherrer formülüne göre, tane boyutu ne kadar küçük olursa, karşılık gelen kırınım tepe noktası yarı tepe genişliği de o kadar büyük olur. Aksine, parçacık boyutu ne kadar büyük olursa, kırınım tepe yarı genişliği de o kadar keskin olur. Cu9S5 SNW numunesinin nanometre altı ölçeği (0,95 nm) boyutu ve numunenin tam bir kristal düzlemi olmayan tek hücreli bir yapı sergilemesi nedeniyle, yarı tepe genişliği önemli ölçüde daha büyükken Cu9S5 SNW'lerin (001) yarım tepe genişliği daha yüksektir.
Resim 2: Cu9S5 SNW katalizörünün XRD modeli
2.Fourier dönüşümü kızılötesi (FT-IR)
FT-IR, moleküler titreşim rotasyon enerji seviyesi geçişlerine dayanan bir spektroskopik analiz tekniğidir. Numuneyi bir interferometre tarafından üretilen kızılötesi ışıkla ışınlayarak, numunenin kızılötesi ışığın farklı dalga boylarına emilimi, iletimi veya yansıma sinyalleri kaydedilir. İnterferogram, Fourier dönüşümü yoluyla kızılötesi spektruma dönüştürülür ve moleküldeki fonksiyonel grupların titreşim özelliklerini yansıtır. Ana işlevi, moleküllerdeki fonksiyonel grupları (hidroksil, karbonil, metil vb.) tanımlamak ve spektrumdaki karakteristik tepe noktalarının konumu (dalga sayısı), yoğunluğu ve şekli aracılığıyla bileşiklerin kimyasal yapısını çıkarmaktır. Organik bileşiklerin, polimer malzemelerin ve diğer malzemelerin yapısal analizinin temel aracıdır.
Şekil 3'te gösterildiği gibi Cu9S5 SNW'lerin FT-IR spektrumunda, Cu9S5 NW'lere kıyasla Cu ve S arasındaki elektronik etkileşimi gösteren önemli bir kırmızıya kayma fenomeni gözlendi. Cu9S5 NW'lerin ve Cu9S5 SNW'lerin 2916 cm-1 ve 2846 cm-1'deki karakteristik zirveleri, dodekanetiyoldeki metilenin (-CH2-) gerilme titreşim moduna atfedilebilir. 1471 cm-1'deki karakteristik zirve, C-H bağının bükülme titreşim moduna karşılık gelir.
Resim 3. kızılötesi spektrum
3. Raman karakterizasyonu
Raman spektroskopisi Raman saçılma etkisine dayanmaktadır. Saçılan ışık ile lazer ve moleküllerin esnek olmayan çarpışması sonucu oluşan gelen ışık arasındaki frekans farkı (Raman kayması) tespit edilerek moleküllerin titreşim ve dönme enerji seviyesi özellikleri elde edilebilir. Raman kayması, moleküler yapının "parmak izidir" ve özellikle kızılötesi spektroskopiyle ölçülmesi zor olan polar olmayan fonksiyonel gruplar (karbon karbon çift bağları ve simetrik fonksiyonel gruplar gibi) için uygundur ve genellikle kızılötesi spektroskopiyi tamamlayıcıdır.
Şekil 4'te gösterildiği gibi, V-RuO2'nin (V-katkılı RuO2) Raman spektrumu, V2O5 üretimi hariç başka hiçbir benzersiz tepe noktası olmaksızın RuO2'ninkiyle tutarlıdır. V katkılaması, RuO2'nin A1g modunu daha düşük dalga numaralarına kaydırır; bu, V'nin eklenmesinin kafes yapısını ve kimyasal bağlanma ortamını (oksijen boşlukları veya yerel kusurlarla sonuçlanabilecek) önemli ölçüde etkilediğini, dolayısıyla elektronik yapısını değiştirdiğini gösterir; A1g zirvesinin sola kayması, V atomları ile RuO2 kafesi arasındaki etkileşimi yansıtır; bu, V katkılamanın, RuO2'nin yerel simetrisini ve bağ uzunluğu özelliklerini modüle ettiğini gösterir.
Resim 4: V-RuO2'nin Raman spektrumları.
Kimyasal bileşim analizi
XPS teknolojisi, katalizör yüzeylerinin elementel bileşimini, kimyasal durumlarını ve elektronik yapısını derinlemesine analiz edebilir. Katalizör yüzeyi X ışınlarına maruz kaldığında yüzey atomlarının elektronları uyarılır. Bu fotoelektronların enerjisini ve miktarını tespit ederek elementin türü ve içeriğinin yanı sıra elementin bulunduğu kimyasal ortamı da belirleyebiliriz. Örneğin, desteklenen metal katalizörleri incelerken XPS, desteğin yüzeyindeki metalin formunu (metal element mi yoksa metal oksit mi olduğunu) ve oksidasyon durumundaki değişiklikleri doğru bir şekilde belirleyebilir. Bu, katalizörün aktivitesini ve deaktivasyon mekanizmasını anlamak için çok önemlidir. Şekil 5'te gösterildiği gibi XPS, Ru, Co ve Ni elementlerinin bileşimini ve değerlik durumlarını göstermek için kullanıldı. Numunedeki belirli elementlerin XPS ince spektrumları, elektronik etkileşimlerin varlığını gösteren bağlanma enerjisinin pozitif/negatif kaymasını belirlemek için kullanıldı.
Resim 5: Ru 3p, Co 2p, Ni 2p'nin XPS ince spektrumları
mikroskobik teknikler
1.Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM)
SEM, bir elektron ışını yayarak, ikincil elektronları veya geri saçılmış elektronları görüntüleme için toplayarak numunenin yüzeyini tarar; bu, genellikle nanometreden mikrometreye kadar değişen bir çözünürlükle, katalizör yüzeyinin mikroskobik morfoloji bilgisini sağlayabilir. SEM görüntüleri aracılığıyla katalizör parçacıklarının boyutu, şekli ve toplanma durumunun yanı sıra yüzey dokusu ve pürüzlülüğü görsel olarak gözlemlenebilmektedir. Gözenekli katalizörler incelenirken SEM, katalizörün kütle transferi ve reaksiyon performansıyla yakından ilişkili olan gözenek yapılarının dağılımını açıkça gösterebilir.
2. İletim Elektron Mikroskobu (TEM)
TEM, katalizörlerin mikroyapısını doğrudan gözlemlememize olanak sağlar. Numune boyunca bir elektron ışını yayar ve elektronlar ile numune arasındaki etkileşimden sonra saçılmayı görüntüler. TEM'i kullanarak, katalizör parçacıklarının boyutunu, şeklini ve dağılımını açıkça görebilir, ayrıca katalizör içindeki kafes yapısını ve kusurları gözlemleyebiliriz.
Katalizörlerin temel karakterizasyon teknikleri, onların fiziksel, kimyasal ve yapısal özelliklerinin daha derinlemesine anlaşılmasını sağlayan güçlü araçlardır. Kapsamlı uygulama sayesinde katalitik reaksiyon mekanizması ortaya çıkarılabilir ve yüksek performanslı katalizörlerin tasarımı ve geliştirilmesi için teorik bir temel sağlanabilir. Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte bu teknoloji, daha yüksek çözünürlük, daha doğru ölçüm ve gerçek reaksiyon koşullarının daha iyi simülasyonu yönünde yenilik yapmaya ve gelişmeye devam ediyor.
SAT NANO profesyonel bir tedarikçidirnano tozve Çin'de mikro toz sunabilirizmetal tozu, alaşım tozukarbür tozu,oksit tozuvb. herhangi bir sorunuz varsa lütfen sales03@satnano.com adresinden bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.
