紅外光譜儀技術在能源、環(huán)境催化領域內(nèi)的應用越來越受到人們的重視,`,它已經(jīng)成功地應用于測定高溫、高壓反應條件下以及利用不同分子做探針情況下的紅外光譜儀,獲取了許多有益于探討催化劑微觀結構和反應活性中心的信息一'。近年來,原位紅外技術己成為人們研究的熱點,該技術在研究吸附態(tài)活性中間體的形成與轉化,探討反應機理方面有著其它技術無法比擬的優(yōu)越性。

在紅外光譜儀法中最為常用的是透射紅外光譜儀法和漫反射紅外光譜儀法。透射法是紅外光在穿透整個樣品后,再到達檢測器,因而包含了樣品表層與體相的全部信息。但是透射方法對催化劑表面性質(zhì)研究有很大的局限性。一方面,制樣上存在缺點。首先,催化劑粉末必須壓制成透明紅外透過的自支撐片,而大部分催化劑載體在低于一`是紅外不透明的,這就很難獲得這一波數(shù)以下的吸附分子的紅外光譜儀。同時,壓片會使處于粉末狀的催化劑改變形態(tài),又造成催化劑的可吸附表面區(qū)域減少,吸附物種濃度降低,給表征特別是原位表征帶來困難。另一方面,透射法是建立在別衛(wèi)一原理之上的一種分析方法,它適合于均勻的、無散射樣品的分析,對于如固體催化劑這樣的非均勻的、散射樣品必然存在一定程度上的“光譜失真”。

近年來,原位漫反射紅外光譜儀方法用于工作狀態(tài)下的催化劑表征和反應機理研究取得了許多重要進展。漫反射光譜是指紅外光照射到粗糙的樣品表面發(fā)生的反射、吸收、散射和透射的現(xiàn)象,漫反射光譜被收集,然后到達光譜儀檢測器產(chǎn)生僅光譜。反射的能量遵循方程,并且只有在樣品內(nèi)部散射并返回到表面的能量才能被收集。如圖1所示。漫反射紅外光譜儀法是一種建立在涉及吸收和散射基礎上的研究方法,特別適合于固體粉末樣品的表面結構和表面吸附物種的測定。該方法試樣處理簡單,也無需壓片,不改變樣品形態(tài),選擇合適的窗片,測量波數(shù)可延伸到一,,是一種較理想的原位分析方法,在多相催化研究領域得到了迅速的發(fā)展。1實驗原理與裝置

原位漫反射紅外光譜儀的實驗系統(tǒng)一般由漫反射附件、原位池、真空系統(tǒng)、氣源、凈化與壓力裝置，加熱與溫度控制裝置、FTIR光譜儀組成。在紅外光譜儀儀樣品室加裝一個漫反射裝置，將裝好樣品的原位池置于其中，調(diào)整漫反射裝置，使樣品上的漫反射光與主機的光路匹配，以實現(xiàn)漫反射測量。原位池可在高溫、高壓，高真空狀態(tài)下工作。圖1所示為漫反射紅外裝置的光路圖。

圖1. 原位漫反射紅外光譜儀的光譜圖

Thermo公司的傅里葉紅外光譜儀儀的原位漫反射組件如圖2所示。

圖2. Thermo公司的傅里葉紅外光譜儀儀的原位漫反射組件

下面小編結合CO2光催化還原反應來談談原位漫反射傅里葉紅外技術在光催化領域內(nèi)的應用。

圖3來自于武漢理工大學余家國教授課題組的文章（參考文獻1）。從圖3中可以看;出，首先，在黑暗中向SnS2/g-C3N4催化劑上通入CO+H2O;圖中出現(xiàn)如下種類的紅外峰：單齒碳酸鹽（1298, 1314, 1461和1543cm-1處）；雙齒碳酸鹽（1343，1651cm-1）以及碳酸氫根（1238，1395和1421cm-1）。而后，開啟LED燈進行CO2的光催化還原反應；明顯的，在LED燈的照射下，大部分峰出現(xiàn)輕微增長，而位置基本不變。另外出現(xiàn)了兩個COO-峰（1356和1525cm-1）。這說明在該催化劑上的CO2光催化還原過程中，HCOOH是重要的中間物種。

圖3. SnS2/g-C3N4催化劑上CO2光催化還原反應的 in situ DRIFT 譜

參考文獻：

Di T., et al. A direct Z-schemeg-C3N4/SnS2 photocatalyst with superior visible-lightCO2 reduction perfor ** nce. J. Catal. 2017, 352:532-541.

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