Upload
day-kem-quy-nhon-official
View
222
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 1/49
Bµi gi¶ng :c¸c ph−¬ng ph¸p hãa lý nghiªn cøu cÊu tróc
Prof.Dr. Lª V¨n HiÕu
HANOI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 2/49
Giới thiệu• Mục đích của nghiên cứu cấu trúc vật liệu
trong công nghệ hóa học:• -Nghiên cứu thành phần của vật liệu và
Xác định các tính chất của vật liệu .• - Liên hệ giữa thành phần, tính chất vậtliệu với khả năng tác dụng xúc tác và hấp
phụ.• - Chế tạo xúc tác và vật liệu mới
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 3/49
• Đối tượng củamônhọc:
Dùng các phương pháp hóa lý hiện đại:- Xác định thành phần, cấu trúc và các tính
chất của khối vật liệu- Xác định thành phần và các tính chất bề
mặt của vật liệu
- Tiên đoán về khả năng xúc tác hấp phụcủa vật liệu trong quá trình hóa học.
- Chế tạo vật liệu xúc tác và vật liệu mới.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 4/49
Phương pháp
BET,CCSEM(computer-controlled)Hấp phụN2,Hg-porosimetry,NMR.
Tỷ trọng kế, Hg-porosimetry
SEM,TEM,&laser light
scattering.(PSD)
TG,TPR,FTIR,NMR
XPS,EXAFS,TPR,TPD,FTIR,NMR
XPS,FTIR,Raman,TPD,TPR,NMR
Các đặc trưng
Các tính chất vật lý
-Diện tích bề mặt-Kích thước pore và phânbố pore
-Tỷ trọng: thực, biểu kiến,rót.-Kích thước hạt và phân
bố kích thướcCác tính chất hóa học
-Cấu trúc hóa học trongkhối vật liệu-Cấu trúc hóa học trên bềmặt-Cấu trúc của các chất
phụ gia trên bề mặt
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 5/49
Phân tích nguyên tố(AAS,ICP),XRD,SEM,TEM,TG,
FTIR,NMR-TPD(NH3,Pyridin),FTIR,NMR-TPR,TPD ,-XPS,EXAFS,,…
-Thành phần hóa
họcThành phần của bềmặt.
-AXit-Tâm hoạt động: sốtâm, cường độ tâm
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 6/49
• Các ký hiệu :
• AAS: Atomic absorption spectroscopy• BET: Brunauer,Emmett,Teller method• CCSEM: computer-controlled scanning electron microscopy.• EPMA: Electron probe microanalysis.
• EXAFS: extended X- ray absorption fine structure.• DTA-TG: differential thermoanalyzer-thermogravimetric• FTIR: Fourier transform infrared spectroscopy.• ICP: inductive coupled plasma.
• NMR: nuclear magnetic resonance.• SEM: scanning electron microscopy.• TEM: Transmission electron microscopy• TPD: temperature-programmed desorption.• TPR: Temperatuer-programmed reduction.• XRD: X-ray diffraction.• XPS: X-ray photoelectron spectroscopy
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 7/49
• Trong số các phương pháp kể trên, chúng
ta có thể phân chia thành hai cụm thiết bị:• 1. Các thiết bị quang phổ:
Đó là: Hồng ngoại,Raman,phổ hấp thụnguyên tử,XRD,UV-vis, XPS; EXAFS2. Các phương pháp khác:Hấp phụ (BET)
TPR,TPD,SEM,TEM, NMR,DTA-TG,EPMA,ICP
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 8/49
Hóa học,cấu trúc và thành phần
của vật liệu• Các phương pháp phổ được dùng để nghiên cứu trên bề mặtvật liệu, :XPS,TPD/TPR,Auger,STM
• Các phương pháp nghiên cứu in-situ::FTIR,Raman,NMR,XRD,EXAFS,IRnear
• . Phương pháp XRD,Mossbauer và các kỹ thuật tương tự đượcdùng phổ biến để xác định cấu trúc, thành phần h ó a học củavật liệu
• Các phươngphápXPS,Auger,TPD/TPR,FTIR,EXAFS,NMR,thuộc kỹ thuật nghiêncứu bề mặt.
• Phương pháp in-situ được á p dụng các kỹ thuật :
FTIR,EXAFS,NMR,XRD.• Nguyên tắc, cơ sở của phương pháp và các ứng dụng củachúng có thể tham khảo ở các chuyên mục của các tác giả sau:Delgass (1979) Somorjai (1981), Delannay (1984),
Wachs (1992) hay Niemántverdrief (1993)
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 9/49
• Tài liệu tham khảo:
• 1. Nguễn Đ ình Triệu- Các phương pháp phân tích vật lý& hóa lý Tập 1-NXB KHKT2001
• 2. Từ Văn Mặc: Phân tích hóa lý- NXB:KH&KT Hà nội-1996
• 3. Delgass,W,N .. Spectroscopy in heterogeneousCatalysis. 1979. Academic press,NY.
• 4. Niemantsverdriet, J,W. &al.Spectroscopy in Catalysis
1993 VCH-NY.• 5. Delannay, F –Characterization of Heterogeneouscatalysis -1984 –Marcel Dekker.
• 6. Somorjai,G,A Surface chemistry and catalysis 1984.
Wiley Interscience. NY.• 7. Wachs,I,E Characterrization of catalysis and
materials. 1992. Butterworth-Heinemann,Boston.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 10/49
Phương pháp nghiên cứuI. Quang phổ hồng ngoại:
Quang phổ hồng ngoại IR là phương pháp đầu tiênđược á p dụng để nghiên cứu bề mặt và xúc tác.Khisử dụng các cells đo chuyên biệt, người t a có thểnghiên cứu tại chỗ trên bề mặt của chất xúc táchay vật liệu xúc tác hấp phụ các đặc trưng nhưsau:
-1.Cấu trúc của chất bị hấp phụ,của chất sản phẩm,của hợp chất trung gian,ngh ĩ a l à hệ số tỷlượng,điện tích,hình dáng và độ che phủ bề mặt.
-2. Bản chất của bề mặt xúc tác: trạng thái oxyhóa,độ axit, số tâm hoạt động,số lượng nguyên tử.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 11/49
Phổ sóng điện từ
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 12/49
IR-FTIR• IR là một trong số các phương pháp quang phổ daođộng.Dao động trong IR,RS được kích thích bởi sự hấpthụ các photon,sự tán xạ của photon tương ứng.Trong
trường hợp của IR,bức xạ hồng ngoại nhìn chung nằmtrong khoảng 4000-400 cm-1được dùng để kích thíchdao động phân tử theo 4 loại sau:1-Quay,2-Dao độngtrong mặt phẳng,3- Dao động ngoài mặt phẳng 4-Dao
động riêng của phân tử.• Dao động riêng của phân tử có liên quan nhiều đến
nghiên cứu vật liệu xúc tác và hấp phụ.Vì hấp phụ mộtphoton IR chỉ xảy ra khi mômen lưỡng cực thay đổi
trong lúc dao động,nên các mảng với liên kết c ó cựcnhư CO,NO và OH kích thích rất mạnh trong dải hồngngoại, trong khi đó các liên kết hóa trị như C-C,N=N,H2lại hấp thụ hồng ngoại rất yếu hay không có.Chúng ta có
thể chia vùng hồng ngoại thành các vùng như sau:
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 13/49
IR-FTIR
• 1.Vùng dao động phân tử có tần số từ 4000 – 2500cm-1.tức làdải hấp thụ mạnh của OH,NH,CH,SH.
• 2. Vùng liên kết ba 2500-2000cm-1
như pha khí CO (2143) hayCO hấp thụ tuyến tính (2200-2000cm-1)• 3. Vùng liên kết đôi (2000-1500cm-1) là các liên kết cầu như
CO,cacbonyl (1700cm-1),
• 4.Vùng liên kết đơn (1500-500) giữa C và N ,O,S,halogen• Các phân tử pha khí có 3N độ tự do với N là số nguyên tử
trong phân tử,Năng lượng phân tử được phân thành 3 độ tự dobiến dạng, hai đến ba độ tự do quay(đối với phân tử thẳng hay
không thẳng), tương ứn g t a sẽ có 3N-5 hoặc 3N-6 kiểu daođộng tự do. Như vậy,quang phổ IR của pha khí chỉ rõ các daođộng quay.Tuy nhiên,dưới t á c dụng của chất hấp phụ,các phântử bị giảm bớt dao động tự do nên chỉ có một số dao động là có
phổ, nhưng lại ở tần số lệch so với ban đầu.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 14/49
IR-Raman
• Thực nghiệm• Có 3 loại quang phổ hồng ngoại
1. IR,FTIR truyền qua cu vét chứa mẫu tới đetectơ.
2. Quang phổ hồng ngoại phản xạ-khuyếch tán(DRIFTS)3. Phản xạ chùm tia hồng ngoại từ bề mặt kim loại
phẳng.Đa số các dụng cụ hồng ngoại ngày nay là FTIR do có
nhiều ưu điểm như thời gian đo nhanh, phổ nét vàđộ phân giải cao
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 15/49
IR-FTIR• Ngày nay, người ta đã chế tạo các Cell đo p h ù hợp cho các
mục đích nghiên cứu vật liệu và các phản ứng trên bề mặt chấtxúc tác với c á c cửa sổ bằng các vật liệu khác
nhau:NaCl,KBr,CsI và có thể làm việc ở nhiệt độ cao, chânkhông cao hay áp suất c a o với môi trường khí khác nhau.• Ví dụ một số ứng dụng hồng ngoại để nghiên cứu vật liệu:1.Phân tích cấu trúc và độ tinh thể của zeolite.
2. Xác định nhóm hydroxy và các tâm axit B, axit L trong oxitnhôm,trong aluminosilicat, hay trong zeolite.
3. Dùng hấp phụ CO, và NO như là chất d ò t ì m cấu trúc bề mặtcủa xúc tác và các tâm kim loại, oxit kim loại trên chất mang.Độphân tán kim loại..
4. Xác định nồng độ và cấu trúc của phức chất v à c á c hợp chấttrung gian hình thành trên bề mặt.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 16/49
-ĐỂ NGHIÊN CỨ U VẬT LIỆU VÀ
XÚC TÁC• 1.1 Nguyªn t¾c FT-IR- dao thoa kÕ cña Michelson.M¸y quang phæ hång ngo¹i chuyÓn ho¸ furier (FTIR) hiÖn ®¹i gåm:
mét g−¬ng cè ®Þnh, mét g−¬ng chuyÓn ®éng vµ mét bé läc ¸nh s¸ngbeam splitter(Hình vẽ ).
Bé läc nµy lµ mét vËt liÖu ph¼ng cã tÝnh chÊt lµ tia s¸ng truyÒn qua vµ tiat¸n x¹ b»ng nhau.Mét chïm tia hång ngo¹i tõ nguån ph¸t S ®−îc
chuyÓn qua mét phÇn tíi g−¬ng chuyÓn ®éng vµ mét phÇn tíi g−¬ngcè ®Þnh bëi bé läc ¸nh s¸ng. Hai chïm tia hång ngo¹i do ®ã ®−îc ph¶nx¹ l¹i bé läc vµ chia lµm hai phÇn. Mét phÇn trë l¹i nguån, mét phÇn®i qua mÉu ®o vµ tíi detector. Detector D sÏ nhËn biÕt chïm s¸ngtruyÒn qua vµ chïm s¸ng ph¶n x¹ ®ång thêi tõ hai g−¬ng trªn. Sù
t−¬ng t¸c gi÷a hai chïm tia nµy cã thÓ lµ céng h−ëng hoÆc triÖt tiªutuú thuéc vµo b−íc sãng, tÇn sè sãng, sù sai kh¸c vÒ ®−êng ®i quanghäc cña chóng và quyÕt ®Þnh bëi g−¬ng chuyÓn ®éng. Tia ®Õn sauchËm mét qu·ng ð(cm) (ð=2[OM-OF]). §Ó cã phæ giao thoa, I(ð), tÝnhiÖu detector ®−îc sè ho¸ vµ ghi l¹i nh− mét hµm cña ð.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 17/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 18/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 19/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 20/49
PH
ỔIR
Phổ Hồng ngoại IR:1. Phổ IR thườ ng dùng là loại quét dải sóng từ
4000 cm-1 đến 400 cm-1
Đo phổ có thể thực hiện vớ i các loại mẫu rắn,lỏngvàhơ i theo các phươ ng pháp chuẩn bị mẫu riêng.
Để đo đượ c mẫu lỏng cần phải sử dụng mỗi loạimột cuvet riêng. Bộ phận quan trọng của cuvet là cửasổ, đó là 2 bản mỏng hình tròn hoặc hình chữ nhật đượ c
chế tạo từ tinh thể NaCl, KBr, CaF2., Có bề dày thayđổi.Đối vớ i mẫu rắn, ngườ i ta thườ ng trộn vớ i KBr
rồi ép mẫu để đo. Riêng máy nicollet 6700 có smartcollector ATR thì không cần é p mẫu.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 21/49
• Máy quang phổ nicollet 6700 khi có smart
colletor và buồng nghiên cứu ở nhiệt độ cao,áp suất cao hay chân không cao, sẽ có thể tiếnhành đo in-situ cấu trúc của vật liệu, sự hìnhthành các tâm axit bronsted hay lewis bằngcách hấp thụ chọn lọc NH3 hay piridyn.
• Khi kết hợ p vớ i modul Raman, khả năng củahệ đượ c mở rộng rất lớ n. Ngoài phân tích hoáhọc đầy đủ thông tin, ngườ i ta còn có khả năng
nhận biết các thông tin về cấu trúc, thành phầncủa các chất.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 22/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 23/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 24/49
FT-Raman• Giớ i thiệu về quang phổ raman
-Năm 1928, ngài C.V Raman đã công bố hiện tượ ng bứcxạ raman. Cuối năm 1930 quang phổ raman đã trở thànhphươ ng pháp phân tích hoá học không phá huỷ mẫu. Nhưng
cần thiết bị phức tạp,kỹ thuật viên tài, khéo.Do vậy không phổbiến rộng rãi-Sau thế chiến II, quang phổ hồng ngoại IR do dễ sử dụng
hơ n đã chiếm ưu thế. Mãi đến sau những năm 1960,khi pháthiện ra laze, quang phổ Raman mớ i trở thành phổ biến và đượ cứng dụng hàng ngày.
Cơ sở lý thuyết:- Trong quang phổ Raman, mẫu đượ c kích thích bở i
nguồn sáng đơ n sắc mạnh (laze). Đa phần bức xạ sẽ quét ngoài
mẫu ở cùng một số sóng như nguồn, quá trình này gọi l à t á n xạRayleigh, song một lượ ng nhỏ, chỉ khoảng một phần triệu phôton quét qua mẫu ở số sóng laze khác so vớ i nguồn.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 25/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 26/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 27/49
- Minh hoạ như biểu đồ mức năng lượ ng đơ n giản,1
phân tử ở mức cơ sở tồn tại trạng thái dao động nềnvà điện tử. Trườ ng điện tử của tia laze làm tăng nănglượ ng của hệ, làm kích thích độ phân cực trong liênkết hoáhọc. Sự phân cực l à t rạng thái năng lượ ng giả
và hay đượ c gọi l à t rạng thái ảo. Sự khôi phục từtrạng thái ảo về trạng thái ban đầu xẩy ra đồng thờ i vàchiếm ưu thế. Quá trình như vậy gọi l à t ánxạRayleigh. Còn sự phục hồi về mức kích thích đầu
tiên gọi l à mức tỏn xạ Stokes-Raman. Mức t ánxạStoker-Raman, do vậy c ó năng lượ ng nhỏ hơ n(cósốsóng lớ n) so vớ i nguồn laze. Đa số hệ có nhiễu banđầu ở trạng thái dao động kích thích. Khi quá trình
Raman bắt đầu từ mức dao động kích thích, có thểphục hồi tớ i trạng thái nền, tạo nên tán xạ ở nănglượ ng cao hơ n so vớ i nguồn laze (có số sóng nhỏ).Hiện tượ ng như vậy gọi là anti-Stokes- Raman.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 28/49
FT-Raman (tiÕp)• Trạng thái dao động phát hiện bở i quang phổ
Raman cũng giống như quang phổ hồng ngoại.Quang phổ dao động làkỹ thuật cơ bản củaFT-IR và FT- Raman. Chỉ khác là những dao
động mạnh trong IR (momen lưỡ ng cực mạnh)thì lại có tín hiệu Raman nhỏ và ngượ c lạinhững dao động mạnh trong FT-Raman (daođộng nhóm chức không phân cực) lại có tínhiệu IR nhỏ.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 29/49
1.Nguồn laser, 2. gương, 3. mẫu, 4.Bộ tách quang,5. Kính l c 6. Khe 7. đetectơ
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 30/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 31/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 32/49
• DSC
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 33/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 34/49
• Khi chúng ta tiến hành gia nhiệt lò theo chươngtrình định sẵn,mẫu nghiên cứu sẽ bị tác dụngcủa nhiệtmàcó thể xảy ra các thay đổi: khốilượng, nhiệt hàm (thu nhiệt hay tỏa nhiệt, và có
thể xảy raphản ứng phân hủy hay chuyểnpha).Nếu gọi các thay đổi đó là Y, thì Y sẽ làhàm của nhiều thông số. Phổ biểu diễn sự thay
đổi của khối lượng hay thay đổi nhiệt lượng củamẫu được gọi l àphổ phân tích khối lượng TGhay nhiệt DTA (DSC) tương ứng.
• Khi kết hợp với phân tích các hợp chất kh í tạothành, ta có thông tin chính xác thêm về sựbiến đổi đó
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 35/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 36/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 37/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 38/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 39/49
Gypsum (CaSO4 - Dihydrate) - Pt-Crucibles
Sample: CaSO3
Sample mass: 38.68 mg
Crucibles: Pt+lidsHeating rate: 20 K/minAtmosphere: AirSensor: TG/DSC type S
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 40/49
Gypsum (CaSO4 - Dihydrate) - Pt-Crucibles
Sample: CaSO3
Sample mass: 38.68 mgCrucibles: Pt+lidsHeating rate: 20 K/min
Atmosphere: AirSensor: TG/DSC type S
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 41/49
Phương pháp XPS• XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) là kỹ thuật bắn p h á bề mặt bằngphoton tia x,Sau đó tiến hành đo các photoelectron nhân phát ra như là hàmsố cuả năng lượng electron.Sự phát xạ này là riêng biệt đối với từng nguyêntố và trạng thái oxyhóa của nó.Nhờ vậy cho phép ứng dụng trong phân tích
hóa học.Vì năng lượng phát ra từ photoelectron là tượng đối nhỏ nên chiềusâu của phép đo chỉ hạn chế khoảng 1-20 A0.Thành phần của lớp bề mặt rấtmỏng là hàm số của chiều sâu được xác định bằng cách quét bỏ các lớptrên bề mặt và phân tích các lớpsâuhơn.
• Rất nhiều các tính chất quan trọng của vật liệu & xúc tác được nghiên cứu
bằng phương pháp này như: trạng thái oxyhóa củacáccụm hoạt tính,sựtương tác của kim loại với oxyt của chất mang,Sự thay đổi trang thái oxyhóadưới t ácdụng hoạt hóa xúc tác hay bản chất củacác tạp chất bề mặt như làchất độc bị hấp thụ hóa học.
• XPS cũng được ứng dụng để đo độ phân tán của pha oxyt mà bằng phương
pháp hấp ph
ụhóa h
ọc không th
ểxác
định
được.Ch
ẳng h
ạn dùng XPS
đểđo độ phân tán của ZrO2 trên SiO2sau khi xử lý nhiệt khác nhau; hay đo độphân tán của Mo trên Al2O3 và SiO2 sau khi tiến hành oxyhoa,khử,hay suphithóa (Muralidhar et al 1984).
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 42/49
Phương pháp AES• AES-Auger electron spectroscopy- là phương pháp phổ cóđộ nhạy cao và độ chọn lọc c a o của từng nguyên tố hóahọc. Về bản chất, thực nghiệm n à y dựa trên chiếu trực tiếp
chùm điện tử có 1-10keV vào bề mặt của l á mỏng và pháthiện các điện tử thứ cấp(second Auger electron) phát ra từbề mặt.
• AES có ý ngh ĩ a lớn trong việc thu thập c á c số liệu về tạp
chất trên bề mặt.Nó là công cụ chuẩn để xác định cácbonvà các tạp chất khác trong khoa học v à kỹ thuật bề mặt. Haiưu điểm của AES so với XPS là:1-Độ phân giải c a o hơn và2- là độ chọn lọc cao đối với phần lớn các nguyên tố hóa
học.• Do có độ nhậy cao mà AES được sử dụng để xác định các
mức khác nhau của các nguyên tố C,O,S,Cl,P và tạp kimloại trong nghiên cứu cơ bản về đầu độc xúc tác.
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 43/49
NMR-nuclear magnetic resonance
• NMR là phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu vật liệucacbon và hydro trên bề mặt kim loại phân tán tinh.
Nó cũng có thể dùng để nghiên cứu cấu trúc của vậtliệu zeolite.• Cộng hưởng từ hạt nhân là gì? Cũng giống như điện
tử, hạt nhân nguyên tử chịu chuyển động spin.Khi cóchuyển động quay xung quanh trục của cá chạt mangđiện tích, sẽ sinh ra một mômen từ hay lưỡng cực từ
theo trục chuyển động. Tùy thuộcvà o số lượng vàcách xắp xếp lưỡng cực từ của chính hạt nhânnguyên tử mà nó có thể có hay không có mômen từmạnh hay yếu.
ố ấ ồ
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 44/49
• Cộng hưởng từ hạt nhân chỉ có đối với các chất đồng vị haycác nghiên tố có lưỡng cực từ mạnh như: 1H, 13C,27Al, và19Si…Nếu khi ta đặt chúng vào một từ trường ngoài, sẽ xảy rasự xắp xếp theo từ trường đó. Khi năng lượng từ trường đủmạnh, lưỡng cực từ thay đổi, hướng tới trạng thái năng lượngcao hơn , tiếp theo, từ trạng thái spin hạt nhân kích thích lại hồi
phục lại vị trí cơ bản bền ban đầu và phát ra bức xạ ở tần sốkích thích.Sự hấp thụ và phát xạ năng lượng kích thích đặctrưng xác định điều kiện cộng hưởng từ hạt nhân.Rõ ràng trạngthái năng lượng hạt nhân phụ thuộc và môi trường hóa học bao
quanh hạt nhân và được đo mức dịch chuyển bởi thay đổi sốvà loại phối trí,như là độ dịch chuyển h ó a học. Và nhờ vậy điềukiện cộng hưởng là khác nhau đối với proton bậc1, bậc 2, bậc3,vinilyc,alkynic và aromatic,hay đối với các chất aliphatic,
aromatic và các chất c ó cầu nối. Chính độ dịch chuyển h ó a họclà cơ sở áp dụng NMR trong nghiên cứu cấu trúc hóa học củachất
NMR
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 45/49
NMR
• Thực nghiệm NMR như sau: Mẫu được đặt vàotrường điện từ mạnh, đồng nhất (1-14 tesla) và
một từ trường sung ngoài với tần số cao (thayđổi từ 0-100MHz)đặt thẳng góc.Hạt nhân trongmôi trường hóa học khác nhau đồng thời sẽ bị
kích thích và suy giảm cảm ứng.Tín hiệu cộnghưởng phát ra từ mẫu sẽ đượcgh i lại dướidạng phổ của cường độ theo tần số.Thôngthường , tần số được quy chuẩn để phù hợpvới từ trường ngoài được á p dụng và báo cáo
ở đơn vị ppm
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 46/49
ứng dụng• Ngoài việc nhận biết các chất h ó a học, NMR còn giúp chúng
ta đánh giá các vấn đề quan trọng sau đây có liên quan tớixúc tác và hấp phụ:
• 1.Sự liên kết và tính linh động của loại liên kết hydro trên cáckim loại hiếm được mang trên chất mang rắn.• 2. Cấu tạo của cácbon ngưng tụ lắng đọng trên bề mặt tâm
hoạt tính là nguyên nhân chính đầu độc xúc tác Ru trong phảnứng hydro hóa CO.
• 3. Động học của phản ứng trao đổi giữa hấp phụ vật l ý v à hấpphụ hóa học của phân tử.
• 4. Những phản ứng phức c ó t hời gian sống ngắn trên oxyt kimloại.
• 5.Cấu trúc của phân tử chất bị hấp phụ.• 6. Cấu trúc và độ axit của zeolite và đặc biệt l à n hận biết
nguyên tử Al trong khung hay ngòai khung mạng của zeolite.Ứng dụng này của NMR đang được phát triển nhanh chóng.
NMR
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 47/49
NMR
• Ví dụ:Áp dụng NMR Si29 người t a có thể nhận biếtmức độ tách nhôm như là hàm số của xử lý nhiệt-hơi. Các nguyên tử nhôm liên kết với các nguyên tửoxy nối với nguyên tử silic khi số nguyên tử silic thayđổi từ 0-4 trong khung mạng.Sự khác nhau về phổNMR cho biết số nguyên tử nhôm có trên đơn vị cấu
trúc. Ion nhôm trong khung mạng bị tách ra hoặcbằng cách xử lý nhiệt hay bằng axit được thay thếbởi Silic cũng được nhận biết bằng NMR. Phổ NMRcủa zeolit loại Y mới chế tạo c ó tỷ số Si/Al=2,5 thấy
rõ toàn bộ Al ở vị trí trong tứ diện. Sau khi đề nhômbằng xử lý thủy nhiệt, Số lượng của nhôm giảm dầnđến kh i tỷ số Si/Al=12,5 thì không còn ion nhôm
nữa.(Yang, 1995)
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 48/49
8/13/2019 Bài giảng Các phương pháp hóa lý nghiên cứu cấu trúc Tác giả: Prof.Dr. Lê Văn Hiếu Trường Đại học Công nghệ Hà Nội, 2008
http://slidepdf.com/reader/full/bai-giang-cac-phuong-phap-hoa-ly-nghien-cuu-cau-truc-tac-gia 49/49