3. X射线衍射的数据分析
a. 定性分析依据：衍射方向
任何一种晶态物质都有自己独特的X射线衍射图， 而且不会因为与其它物质混合在一起而发生变化。 由测定试样晶体的衍射线出现情况，可确定晶体
结构类型。
X射线衍射定性分析方法
是将实验获得的“d（2θ）- I”值（衍射面间距 和衍射强度）标准多晶衍射数据和已知物相的衍射 数据或图谱进行对比，一旦二者相符，则表明待测 物相与已知物相是同一物相。 1. 谱图直接对比法 2. 数据对比法（ d，2θ，I/I1） 3. 计算机自动检索鉴定法
——用来观察催化剂内部的微细结构和表征金属分散度 高分辨透射电子显微镜（HRTEM） ——可以直接从分子水平观察晶体内部（晶格）的结构
②扫描电子显微镜（SEM）
——用于催化剂表面和断面的立体形貌的观察
③原子力显微镜（AFM）
——可以在大气和液体环境下对各种材料和样品进行纳米区域的
物理性质包括形貌进行探测，或者直接进行纳米操纵,可观测非
能谱法
6.5 元素定量分析
6.3 显微分析法
金属载体催化剂中金属的分散度，是影响催化 剂活性的重要因素之一。金属的分散高越高，可以 提供越多的活性中心，有利于提高催化剂的活性。
在使用过程，金属的凝聚和烧结，聚集和长大，
可导致分散度下降，活性降低。应用电子显微 技术，在制备和使用过程中测定微晶大小，更有 现实意义。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
特征频率
是对应红外光谱上的一个吸收带（峰）的一
个红外活性的简谐振动特征频率。
虽然任一振动包括所用原子的振动运动，但实
际上与特征频率有关的振动常常是由几个原子组
成的官能团占优势，也就是官能团的特征频率与 分子其余部分无关，因此反过来可以由各红外光 谱带的特征频率鉴定官能团、基团和化学键。
的有效工具； 与能谱（EDS）组合，又可以以多种方式给出试
样表面微区成份等信息。
典型的扫描电镜二次电子像
不同形状的 ZSM-5晶粒 的SEM照片
化学方法生长的ZnO纳米阵列100000x
TEM的成像原理
TEM成像的实质是用不带信息的电子射线，在通 过样品时与样品发生作用携带样品信息，然后进行放 大处理，最终形成衬度不同的黑白图像。
② 固体表面酸性的测定
图 C5H5N在 HY沸石上吸附的红外光谱
2. 拉曼光谱法（Raman）
当光照射到物质上时会发生非弹性散射，散射光 中除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外， 还有比激发光波长长的和短的成分（非瑞利散射）， 后一现象统称为 Raman 效应。
拉曼光谱是通过测定散射光相对于入射光频 率的变化来获取分子内部结构信息。
息，探测器将这些信号接受，经放大器放大在荧光 屏上显示出衬度。
SEM成像的基本原理
电子探针的入射电子与样品作用时，由于样
品表面特征（形貌结构、原子序数、晶体结构
等）不同，各处被激发的二次电子数不同，从而
形成明暗不同的反差。
SEM的特点：
能够以较高的分辨率和很大的景深清晰地显示 粗糙样品的表面形貌，是进行试样表面形貌分析
MoO3/γ-Al2O3 （0.1 wt%） Catalyst的紫外共 振拉曼光谱
503-514 cm-1 ⇔ 四元环 380 cm-1 ⇔ 双六元环 298 cm-1 307 cm-1 ⇔ 六元环
X型分子筛晶化过程固相的紫外拉曼光谱
本章主要内容：
6.1
X射线衍射分析方法
6.2 光谱法 6.3 6.4 显微分析法
制备符合要求的样品，是X射线衍射仪实验技术
中的重要环节。通常制成平板状样品。衍射仪上附
有表面平整光滑的玻璃或铝质的样品板，板上开有 或不穿透的凹槽，样品放入其中进行检测。
（1）粉晶样品的制备
① 将被测试样在玛瑙研钵中研成10μm左右的细粉； ② 将适量研磨好的细粉填入凹槽，并用平整光滑的
玻璃板将其压紧；
（3）IR光谱分析的特点
① 快速 ② 高灵敏度 ③ 试样用量少 ④ 能分析各种状态的试样等特点 ⑤ 材料分析中最常用的工具。
（4）红外光谱应用于催化剂表征
①催化剂表面组成的测定 竞争吸附
例题：用NO和CO为分子探针研究Pt-Ru催化剂中Ru 加入的作用，在IR上测得： （1）随Ru%增加，NO吸收峰（~1800 cm-1）相 对于CO吸收峰（~2070 cm-1）强度增加； （2）随Ru%增加，NO吸收峰的位置向高波数位 移； （3）CO谱带随Ru%增加强度变弱；且向低波数 位移。
例1：在石油炼制工业中广泛使用的Pt/Al2O3重整
催化剂，其催化活性直接与微晶大小有关。
例2：合成氨使用的Fe催化剂，晶粒大小也影响
活性。 电子显微技术应用于负载金属催化剂分散度 的研究，实际就是测定金属粒子大小的表征方法， 具有直观粒子形貌、大小及分布的优点。

（1） 电子显微分析方法的分类
① 透射电子显微镜（TEM）
BET
BET测试理论是根据希朗诺尔、埃米特和泰勒三人提出的多分子层吸附模 型，并推导出单层吸附量Vm与多层吸附量V间的关系方程，即著名的BET方程。 理论和实践表明，当P/P0取点在0.05-0.35范围内时，BET方程与实际吸附过程 相吻合，图形线性也很好，因此实际测试过程中选点在此范围内。
本章主要内容：
6.1
X射线衍射分析方法
6.2 光谱法 6.3 显微分析法
6.4 能谱法
6.5 元素定量分析
6.1 X射线衍射分析方法
2. X射线衍射仪的结构原理
衍射仪
测角仪园及样品台
根据研究对象的不同可以分为多晶粉末法和单晶衍射
法。
多晶粉末法：用来确定晶体结构的点阵形式、晶
胞参数及简单结构的原子结构。
单晶衍射法：可以精确给出晶胞参数，还有晶体 中成键原子的键长、键角等重要的结构化学数据。
b. 定量分析依据：衍射强度
某晶体的每一衍射的强度I又与结构因子F模量的 平方成正比： I = I0 K |F|2 V
式中I0为单位截面积上入射线的功率；V为参
与衍射晶体的体积；K为比例系数。|F|2也是由晶 体结构决定的，它是晶胞内原子的性质和原子坐 标的函数，它决定了衍射的强度。
4. 样品制备
透射电镜在催化剂研究中的应用
物相鉴别 粒子（或晶粒）大小及其分布的测定 孔结构的观察
现在内容最丰富、规模最大的多晶衍射数据集 JCPDS（Joint Committee on Powder Diffraction
Standard）编的《粉末衍射卡片集》(PDF)，到
1991年已出41集，化合物总数已超过4万余种。
可通过检索查对，解释衍射图对应的物相。现在
已制成计算机软件，可直接检索。这种分析方法 叫X定性。
6.4 6.5
显微分析法
能谱法
元素定量分析
6.2 光谱法
多相催化反应的基本过程为反应物吸附在催化剂 表面，被吸附的分子被活化并与另一个被吸附的分子 （气相中的分子）发生表面反应，生成产物并最终脱
附，使表面再生而回复活性再进行下一轮的表面反应。
使用光谱技术对吸附分子进行表征，给出表面 吸附物种的变化及结构信息，对于了解催化反应 机理是必不可少。
光谱，但拉曼光谱甚至可以得到几十个波数的光谱。 低波数光谱区可以反映催化剂结构信息，特别 如分子筛的不同结构可在低波数光谱区显示出来。
②由于常用载体(如 γ-A12O3 和 SiO2 等)的拉曼散射截
面很小，因此载体对表面负载物种的拉曼光谱
的干扰很少。 大部分载体(如 γ-A12O3、TiO2 和 SiO2 等)在低 波数的红外吸收很强，在 1000cm-1 以下几乎不 透过红外光。
拉曼光谱与红外光谱都能得到分子振动和转动光
谱，但分子的极化率发生变化时才能产生拉曼活性，
对于红外光谱，只有分子的偶极矩发生变化时才具 有红外活性，因此二者有一定程度的互补性，而不 可以互相代替。
拉曼光谱在某些实验条件下具有优于红外光谱
的特点，因此拉曼光谱可以充分发挥它在催化研究
中的优势。
① 红外光谱一般很难得到低波数（200 cm-1 以下）的
催化剂表征的现代物理方法简介
（煤质颗粒活性炭）材料基本性质分析
水分、粒度、强度、填装密度、水容量、 亚甲基蓝吸附值、碘吸附值、苯酚吸附值、着 火点、苯蒸汽 氯乙烷蒸汽防护时间、四氯化 碳吸附率、硫容量、灰分、pH值、漂浮率、焦 糖脱色率、四氯化碳脱附率、孔容积和比表面 积
具体测试方法参见：GB/T 7702 -2008
二次电子携带样品表面形貌特征的信号，因此 是SEM用于观察样品形貌结构的主要成像信号。
透射电子（Transmission Electron, TE）
当样品做的比较薄时（小于0.1μm），一部分 入射电子便可以直接穿透样品，将这部分电子叫做 透射电子，将没有穿透样品而停留在样品内部的电 子叫做吸收电子。 透射电子在通过样品时，由于受到物质库仑场 的作用不同，各部位透射的电子数目也不同，从而 形成反差，这就是TEM的成像基础。
③ 由于水的拉曼散射很弱，因此拉曼比红外更适合进行
水相体系的研究。这对于通过水溶液体系制备催化剂过
程的研究极为有利，对于水溶液体系的反应研究也提供
了可能性。 红外光谱适用于分子端基的鉴定，激光拉曼光谱 适用于分子骨架的测定，给出红外光谱不能观察到的 低频振动信息，且不受的影响，可以对水溶液和固体 催化剂进行表征。
1.红外吸收光谱法（IR） （infrared spectrum）
（1）基本原理
振动的类型
分子转动 原子振动 电子振动
跃迁能级
较小 大于转动能级 大于前两者
吸收波长
远红外或微波区 近红外或中红外 紫外-可见光区
分子振动能级的跃迁只有引起或发生分子偶极矩的变 化才能产生红外光谱。