原位红外—结果展示及问答

项目介绍

原位红外测试分为DRIFTS漫反射模式和反射模式(反射包括内反射ATR衰减全反射和外反射模式)

1. DRIFTS模式适用于粉末样品变温环境的多相催化、气固相热催化、光催化等其他催化体系,可以观察催化剂催化反应的中间体信号,研究催化机理和具体反应路径;还可以探索材料在加热,加压以及通入不同气氛时成分的变化;也可以研究光催化反应催化剂表面吸附动态变化过程。

2. ATR衰减全反射模式适用于粉末样品的室温环境的电化学催化体系,如甲醇、甲酸、乙醇、乙二醇、丙三醇等小分子的电催化氧化反应,还有二氧化碳还原、氮气还原、氧气还原、硝酸根/亚硝酸根等电催化还原反应;可以实现原位实时检测电极反应过程溶液相中间体的信号及电极表面吸附态物种信号,用来电催化反应的具体机理研究。

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案例示例

案例一:DRIFTS漫反射原位红外光谱探究了羟基磷灰石(HAP)负载的单原子Pt催化剂对甘油氧化成甘油酸的催化机理。

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案例二:ATR衰减全反射原位红外光谱探究了甲酸氧化反应过程催化剂表面的产生的中间体物种,揭示PdH纳米立方体催化表面氢化物覆盖度和催化性能的构效关系。

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案例三:ATR衰减全反射原位红外光谱探究了二氧化碳提高酰胺基团的有机分子电催化氯气析出的反应效率的机理。

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常见问题

一、ATR衰减全反射原位红外光谱测试过程中,外加电势为什么不能设置过大?

因为在电化学反应过程中电极表面可能会产生气体,电势较小时,反应动力学较慢,产生的气体较少,测试效果更佳,有利于研究催化剂结构的变化;随着过电势增加,反应动力学加快,产生气体较多,对红外光有一定的散射,测试效果变差。另外,产生的气体会使催化剂从电极表面脱落,无法继续测试,这可以通过增加催化剂浆液负载量或者提高电极浆液的粘度来解决,但负载量不是越多越好,不同材料具有不同的最佳负载量。所以ATR也不太适合有气体析出的反应。

二、为什么电化学原位只能用ATR模式测试?

因为绝大多数固体电极不透红外光,有吸收,因此原位的电化学红外光谱大多数情况下采用反射模式,所用电解池大多都是ATR电解池。

三、如何选择ATR内反射模式还是外反射模式?

对于内反射ATR模式,其检测范围是在百纳米级,一般我们认为无法检测出溶液相物种的变化,主要测试的信号是电极表面中间体信号。因此如果是关注中间体信号,建议选择内反射ATR模式。

但是如果材料会吸附溶液相物质,相当于把其富集在界面处,这样,是可能测出来溶液相中某些物质的变化的。

外反射模式红外光会经过溶液到达电极,随后被反射,其主要得到的信息是溶液相信息(也包括一些比较强的中间体信号)。因此如果是关注溶液相物质信号的变化,建议选取外反射模式。

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