催化反应可大致根据所消耗能量的来源而分为热催化、光催化、电催化等。而热催化作为人们最早发现的一种通过加热的手段来为体系提供跨越反应能垒能量的方式，在当今工业生产中有着广泛的应用，例如合成氨反应、费托工艺、裂解反应、氧化反应等等。事实上，在包括热催化在内的多种催化反应的研究中，设计与开发高活性、高选择性、高稳定性的催化剂以及探究催化剂的构-效关系始终是催化科学中的核心问题，并且进一步的揭示催化反应机理，破解“催化黑箱”也是极具挑战性的课题。
近年来，X射线吸收精细结构(XAFS)技术作为表征催化剂活性中心电子结构与配位环境的有力手段得到了研究者们的普遍关注，然而基于同步辐射光源的XAFS实验受限于机时紧张，往往不能满足研究者们的需求。为此，安徽创谱仪器科技有限公司开发了TableXAFS谱仪，可在实验室开展多种样品的XAFS/XES测试，对于在同步辐射光源实验平台开展的相关测试和数据形成有效补充，助您实现“想测就测、随时可测”的XAFS自由。
下面就随着小编一起看TableXAFS谱仪在热催化剂表征中的应用吧。氨气作为一种无碳绿氢来源，其热催化分解反应的研究重点之一为寻找替代Ru基催化剂的材料。在各种非贵金属中，尤以Co基催化剂的研究最受关注。虽然先前的研究表明，碱金属助剂的添加可以调控Co基催化剂的电子结构以及酸碱性。然而，受限于催化剂中各类型载体的使用，使得碱金属助剂的具体促进作用仍不清楚。因而基于上述科学问题，中国科学技术大学王占东教授课题组制备了未经负载的Co3O4作为模型催化剂，深入探究了碱金属助剂对于催化剂构-效关系的影响。
在本工作中，研究者们利用创谱仪器TableXAFS谱仪对不同助剂掺杂量的Na-Co3O4催化剂中Co的价态以及配位环境进行了表征。如图1a所示，不同Na掺杂量的催化剂其归一化后的Co K-edge XANES谱图显示了接近的吸收边位置，说明Co的平均氧化态在各样品中相似。图1b展示了不同样品的傅里叶变换EXAFS谱图，可以看出归属于第一壳层的Co-O配位峰以及第二壳层的Co-Co八面体（Oh，Co3+）与Co-Co四面体（Td，Co2+）散射路径。特别是随着Na掺杂量的升高引起了Co3O4不同程度的结构畸变，反映在谱图中表现为Co原子配位数的降低，而这又进一步影响了样品的还原特性，最终拥有更多可还原Co3+的1.22% Na-Co3O4样品展现出了最佳的催化性能。总的来说，本工作为更深入的理解碱金属助剂在Co基催化剂用于氨气热催化分解反应中的促进作用提供了新的思路。研究成果以论文的形式发表在期刊《Applied Catalysis B: Environmental》上，题为“Enhanced ammonia decomposition activity over unsupported Co3O4: Unravelling the promotion effect of alkali metal”图1不同助剂掺杂量Na-Co3O4样品的 (a) Co K-edge XANES 谱图 (b) FT-EXAFS谱图
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负载型催化剂的催化性能很大程度上取决于载体的种类与性质，在Pd基催化剂应用于CO氧化的研究中，得益于CeO2优异的储放氧能力被广泛的用作载体材料。并且相关报道也指出向CeO2中引入其他元素，如Ti等可以进一步提升其还原性，促进晶格氧的活化过程，加速催化反应的进行。然而，受限于氢氧化钛和氢氧化铈之间溶解度积常数的巨大差异，合成均一的TiO2-CeO2载体材料仍是一大挑战。为此，复旦大学沈伟教授课题组通过一种原位捕获策略设计制备了担载在均一TiO2-CeO2固溶体上的Pd催化剂（PTC-iC）。如图2a所示，相较一步溶胶-凝胶法制备的Pd/TiO2−CeO2（PTC）以及不引入Ti元素的Pd/CeO2（PC-iC），PTC-iC展现了更为优异的CO氧化性能以及催化稳定性。
在本工作中，研究者们利用创谱仪器TableXAFS谱仪对不同样品中Ce元素的原子配位环境进行了表征。如图2b所示，Ce L3-edge傅里叶变换EXAFS谱图表明在PTC-iC样品中Ce-O键长相较PTC以及PC-iC中缩短，结合其他表征手段分析可知这是由于CeO2晶格中Ce原子被Ti原子取代所致，进一步证实了均一TiO2-CeO2的形成。此外特别值得一提的是，Ce元素的L3吸收边能量为5723 eV，较低的能量同样对谱仪的性能提出了一定的要求。得益于创谱仪器自主工艺的核心元器件—X射线弯晶单色器（具备高通量、高分辨和多晶向等优点）的使用，TableXAFS谱仪可以实现能量覆盖范围内（4.5-20 keV）元素的定制、优化测试。总的来说，本工作为先进贵金属基催化剂制备过程中复合氧化物载体的精确特性调制提供了一种可行的策略。 研究成果以论文的形式发表在期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上，题为“Fabricating Uniform TiO2−CeO2 Solid Solution Supported Pd Catalysts by an In Situ Capture Strategy for Low-Temperature CO Oxidation”
图2 不同样品的 （a）CO氧化催化性能 (b) Ce L3-edge FT-EXAFS谱图
