CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƯNG XÚC TÁC

2.2.1.1 Ứng dụng

Phương pháp phổ nhiễu xạ tia X được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật liệu. Ngoài ra phương pháp này còn có thể ứng dụng để xác định động học của quá trình chuyển pha, kích thước của hạt và xác định trạng thái đơn lớp bề mặt xúc tác oxit kim loại trên chất mang.

2.2.1.2 Nguyên tắc

Mạng tinh thể có cấu tạo từ những nguyên tử hay ion phân bố một cách đều đặn trong không gian theo một thứ tự nhất định. Khoảng cách giữa các nguyên tử hay nguyên tử hay ion trong tinh thể vào khoảng bước sóng của tia X (khoảng vài Ao). Do đó, khi chiếu chùm tia X với bước sóng lên mẫu, chùm tia X sẽ đập vào bề mặt tinh thể và đi vào  bên trong mạng tinh thể. Khi có các mặt nguyền tử đặc trưng bởi khoảng cách d giữa chúng sẽ cho một cực đại giao thoa khi thoả mãn điều kiện của phương trình Vulf- Bragg:

2.d.sin = n.  Trong đó

d



- - 50

n = 1,2,3…

 : góc giữa tia tới và mặt phẳng phản xạ

: là bước sóng của tia X

d: khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể

Với mỗi nguồn tia X có xác định, khi thay đổi góc tới , mỗi vật   liệu có một bộ giá trị d đặc trưng. So sánh giá trị d với d chuẩn sẽ xác định được cấu trúc của mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu.

Bằng cách đo góc  và biết bước sóng  ta sẽ xác định các nguyên tử trong mạng tinh thể chất nghiên cứu. Việc xác định nguyên tố được xác định bằng cách ghi toàn bộ phổ với góc trượt 2 từ 5  60o, sau đó tìm vạch chính và so sánh với phổ của các nguyên tố tinh khiết.

Từ cơ sở đó có thể xác định được số lượng pha có trong mẫu.

2.2.1.2 Thực nghiệm

Trong nghiên cứu này, phổ XRD của các mẫu xúc tác được chụp trên máy Bruker D8- Advance (Đức) tại phòng thí nghiệm công nghệ lọc hoá dầu và vật liệu xúc tác, trường đại học Bách khoa Hà Nội, với chế độ chụp:

+ Điện áp: 50 kV

+ Ống phát bằng đồng, KCu = 1,5406 Ao + Bước quét 0,1 độ, góc quét 5o < 2 < 60o + Thời gian mỗi bước quét 0,3 giây

2.2.2 Phổ hồng ngoại IR 2.2.2.1 Ứng dụng

- - 51

Phổ hồng ngoại (hay còn gọi là phổ dao động) đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu vật chất. Phổ hồng ngoại có thể ứng dụng cho quá trình đồng nhất các chất, xác định cấu trúc phân tử một cách định tính, phân tích định lượng (dựa vào định luật hấp thụ ánh sáng Bouguer-Lambe -rt Beer như trong phân tích đo quang), nghiên cứu động học phản ứng...

2.2.2.1 Nguyên tắc

Phổ hồng ngoại IR là một phương pháp xác định nhanh và khá chính xác trong việc xác định cấu trúc sản phẩm. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc: Khi ta chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại (5010.000 cm-1) qua chất phân tích, một phần năng lượng bị hấp thụ làm giảm cường độ tia tới. Sự hấp thụ này tuân theo định luật Lambert- Beer:

D = lg ( Io/ I) = k. d. C trong đó: D: mật độ quang

Io, I: cường độ ánh sáng trước và sau khi ra khỏi dung dịch chất phân tích.

C : nồng độ chất phân tích k : hệ số hấp thụ

d : chiều dày cuvet

Phân tử hấp thụ năng lượng sẽ thực hiện dao động làm độ dài liên kết giữa các nguyên tử và các góc hoá trị tăng giảm tuần hoàn. Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc độ truyền quang vào bước sóng là phổ hấp thụ hồng ngoại. Các nhóm chức hoặc liên kết có momen lưỡng cực điện riêng, khi dao động sẽ gây ra một tần số trên phổ hồng ngoại.

- - 52

Căn cứ vào các tần số đặc trưng, cường độ pic... trong phổ hồng ngoại, người ta có thể phán đoán trực tiếp về sự có mặt của các nhóm chức, các liên kết xác định trong phân tử nghiên cứu từ đó xác định được cấu trúc chất cần phân tích.

Ví dụ:

- Liên kết C H cho dao động có tần số đặc trưng trong khoảng - 29502850 m-1

- Liên kết C=O cho dao động có tần số đặc trưng trong miền 18501640 cm-1

- Liên kết C=C cho dao động có tần số đặc trưng trong khoảng 16801600 cm-1[2]

2.2.2.3 Thực nghiệm

Để nghiên cứu cấu trúc tinh thể, các mẫu sản phẩm được chụp trên máy hồng ngoại loại Larga: 760 Nicolet (Mỹ) với kiểu chụp hồng ngoại - phản xạ khếch tán (mẫu được trộn KBr, không ép viên) tại trung tâm Hoá dầu- Khoa Hoá- ĐHKHTN Hà Nội. Mẫu được chụp vùng từ 4001400 cm-1 là vùng đặc trưng cho cấu trúc Zeolit và Aluminophosphat.

2.2.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM (Scaning Electronic Microcope)

2.2.3.1 Ứng dụng

Nhờ khả năng phóng đại và tạo ảnh mẫu rất rõ nét và chi tiết, hiển vi điện tử quét (SEM) được sử dụng để nghiên cứu bề mặt xúc tác, cho phép xác định kích thước và hình dạng của vật liệu xúc tác.

2.2.3.2 Nguyên tắc

- - 53

Nguyên lý cơ bản của kính hiển vi điện tử quét là dùng chùm điện tử để tạo ảnh mẫu nghiên cứu. ảnh đó khi đến màn hình huỳnh quang có thể đạt độ phóng đại theo yêu cầu.

Chùm điện tử được tạo ra từ catot (súng điện tử) qua 2 tụ quang sẽ được hội tụ trên mẫu nghiên cứu. Chùm điện tử này được quét đều trên mẫu. Khi chùm điện tử đập vào mẫu, trên bề mặt mẫu phát ra các điện tử thứ cấp. Mỗi một điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu ánh sáng, chúng được khếch đại, đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn ảnh. Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn ảnh. Độ sáng tối trên màn ảnh tuỳ thuộc lượng điện tử thứ cấp phát ra và tới bộ thu, phụ thuộc tình trạng bề mặt mẫu nghiên cứu.

2.2.3.3 Thực nghiệm

Hình ảnh kính hiển vi điện tử quét được chụp trên máy SEM 5410 LV của Nhật Bản tại Trung tâm khoa học vật liệu trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.