含Pd催化剂中各元素化学态检测方案(X光电子能谱)

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X射线光电子能谱分析法 KRATOS AXIS SupraTM/KRATOS Nova ApplicationNo.K79News用户服务热线电话： 800-810-0439第一版发行日：2021年1月400-650-0439 ApplicationNews 使用空气敏感样品转移装置分析含Pd催化剂 No.K79 渡边俊祐 研究意义 通过将反应后的催化剂导入 XPS 装置而不暴露在大气中，可以观察催化剂的原始化学状态。 前言 XPS (X射线光电子能谱： X-ray Photoelectron Spectroscopy)作为一种表面分析方法，除了可以对物质表面约10 nm 处存在的元素进行定性和定量分析外，还可以分析化学键合状态。 该方法在催化剂研究领域，广泛应用于分析催化剂中所含元素的状态。特别地，分析由于热处理和气体反应引起的元素化学键合状态的变化在阐明催化反应机理方面起着很大的作用。 在催化剂反应之后将样品取出到大气中并转移到分析装置中时，由于会与大气反应，样品的表面状态可能会发生变化。如果在转移过程中表面化学状态发生变化，则无法在反应后立即观察到表面状态。 为了防止样品在转移过程中与大气发生反应，可以选择使用空气敏感样品转移装置。该装置用于将样品转移至 XPS仪器中，在手套箱中装样，转移过程中用稀有气体密封，，整个过程中样品不接触大气。 本文中将介绍一个例子，使用样品转移装置将在实验室中经还原处理的催化剂样品导入 XPS 装置并进行测试，而不会暴露于大气中。此外，为了进行比较，将同时给出处理后暴露于大气之后测定的数据。 空气敏感样品转移装置 图1所示为 KRATOS-AXIS Supra 的空气敏感样品转移装置(可选装置)。首先，在手套箱等受环境因素影响的空间进行制样，将分析样品密封在转移装置内。接着，将转移装置的样品导入预抽室，进一步可以将样品转移到分析位置而不会暴露于大气中。 图2将样品转移装置对接到样品预抽室 测定条件和测定样品 在氩气环境中使用样品转移装置将经还原处理的含 Pd催化剂样品导入 XPS装置中并进行测定，而不会暴露于大气中。此外，为了进行比较，还测定了曾经暴露于大气中的相同样品。用胶带将样品固定在样品台上，并在荷电中和枪开启的条件下进行测定。使用单色化 AlKa射线作为激发源，并采用700×300um 的分析束斑。 图3所示为处于分析位置(分析室内)的样品的状态。可以使用 KRATOS-AXIS Supra 仪器的观察窗或高倍率光学显微镜观察样品。 图3从观察窗观察到的样品架台和样品(分析室内) Wide 谱图测定 图4所示为不暴露于大气和暴露后的 wide 谱图叠加图。可知在不暴露于大气中和暴露于大气样品表面均检测均了 La、F、O、Pd、C、AI，说明“存在于表面的元素没有差别”。 图4不暴露于大气中和暴露于大气中的 wide 普图叠加图 基于精细谱的定量结果 对根据 Wide 检测到的元素的精细谱进行测定，计算出的定量值(原子浓度)如表1所示。根据该结果可知，暴露于大气后，氧增加0.5%，氟减少0.3%。 表1不暴露于大气和暴露于大气的定量结果(原子浓度) C1s Al2p Pd 3d 谱图的比较 图5所示为不暴露于大气和暴露于大气的 Pd 3d谱图的叠加图。在不暴露于大气的状态下进行测定时，经还原处理的样品的Pd化学键合状态主要为0价(335.0eV)。另一方面，发现在暴露于大气的情况下 Pd 发生氧化，以氧化物为主。说明经还原处理的含 Pd催化剂除非在不暴露于大气的状态下进行测定，否则化学键合状态将改变，并且无法分析原始状态。 图5不暴露于大气和暴露于大气的 Pd 3d 谱图叠加图 价带谱的比较 图6所示为不暴露于大气和暴露于大气后测定的价带谱。使用高能量分辨率的XPS， 能白UPS (Ultraviolet PhotoelectronSpectroscopy) 同样地对价带谱进行评估。根据谱图比较发现，不暴露于大气和暴露于大气的样品结果，位于2eV 附近的峰形存在差异。该峰形的差异可能反映了化学状态的差异。 图6不暴露于大气和暴露于大气的价带谱叠加图 总结 本文使用空气敏感样品转移装置，在手套箱内对样品进行采样而不暴露于大气中，然后将其导入 XPS 装置中进行测定。 在不暴露于大气的情况下进行测定，可以在还原处理之后立即观察含 Pd 催化剂的原始化学状态。对锂离子电池材料等接触大气后表面状态立即改变的物质进行分析时，该空气敏感样品转移装置也是必不可少的设备。 岛津应用云 ( 岛津企业管理(中国)有限公司岛津(香港)有限公司 ) ( http：//www.shimadzu.com.cn ) ( *本资料未经许可不得擅自修改、转载、销售； ) ( *本资料中的所有信息仅供参考，不予任何保证。 ) ( 如有变动，恕不另行通知。 ) 在催化剂反应之后将样品取出到大气中并转移到分析装置中时，由于会与大气反应，样品的表面状态可能会发生变化。如果在转移过程中表面化学状态发生变化，则无法在反应后立即观察到表面状态。在不暴露于大气的情况下进行测定，可以在还原处理之后立即观察含Pd催化剂的原始化学状态。对锂离子电池材料等接触大气后表面状态立即改变的物质进行分析时，该空气敏感样品转移装置也是必不可少的设备。