利用探针分子红外光谱识别和表征铂族金属基单原子催化剂
电感耦合等离子体发射光谱法测定氧化铝基催化剂中铂元素
第52卷第7期 辽 宁 化 工 Vol.52，No. 7 2023年7月 Liaoning Chemical Industry July，2023基金项目： 2021辽宁省自然基金项目，基于实体探针质谱技术的光催化反应原位分析及机理研究（项目编号：2021-MS -239）。
收稿日期： 2022-07-18电感耦合等离子体发射光谱法测定氧化铝基催化剂中铂元素李晓凡，单红飞，刘博书（沈阳三聚凯特催化剂有限公司，辽宁 沈阳 110144）摘 要： 采用电感耦合等离子体发射光谱法测定氧化铝基催化剂中的铂元素。
实验研究了工作曲线溶液中盐酸、硝酸、王水和铝元素含量对检测用王水消解的样品中铂元素含量的影响。
通过基体匹配消除溶液基体对铂元素含量测定的影响，按此方法测定氧化铝基催化剂中铂元素的回收率为100%~104%。
关 键 词：电感耦合等离子体发射光谱法；基体匹配；铂中图分类号：O657.31 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）07-1075-04由于铂有很高的化学稳定性和催化活性，而且性能又十分突出，所以在传统制造业和现代工业的许多领域有着十分广泛的用途[1]。
在化学工业中，铂可以用来制造高级化学器皿、铂金坩埚、电极和加速化学反应速度的催化剂；铂和铂铑合金常用作热电偶测定温度。
随着环保要求越来越高，机动车尾气已经成为了城市大气污染的主要污染源之一，而铂在尾气处理等方面的作用几乎是无可替代的，消耗量几乎占到铂金工业用量的一半。
含铂催化剂广泛应用于石油化工、精细化工、环保材料等领域，尤其在催化重整、燃料电池、烷烃芳构化、汽车尾气净化、硅橡胶合成等反应中性能优异，催化剂中铂含量、铂分布等因素直接影响催化剂活性、选择性和寿命[2-3]。
近几十年来，随着对催化剂性能的不断研究改进，在提升催化剂性能的同时，铂含量也在不断降低，所以准确、快速测定铂催化剂中的铂含量特别重要。
铂含量测定方法较多，常见的有重量法、分光光度法、催化动力学法、电位滴定法、原子吸收光谱法和原子发射光谱法等[3-5]。
单原子催化剂
单原子催化剂的合成
制备方法：
1. 共沉淀法：是一种应用广泛且成熟的负载型催化剂的制备 方法，张涛课题组就是采用共沉淀法准备出了Pt/FeOx和 Ir/FeOx
2. 浸渍法:将载体放入含有活性组分的溶液中，活性物质逐 步吸附到载体表面，然后出去剩余液体，最后进行干燥焙 烧活化
3. 原子层沉积法：将物质以原子膜形式一层一层镀在载体表 面的方法
单原子催化剂 每一个金属原子都能作为活性位点
背景介绍
3.单原子催化剂近几年的发展
2011年，大连化物所张涛院士课题组成功制备出了单原子 Pt/FeOx催化剂，在这篇文章中，张涛院士等人首次提出了单原 子催化的概念[1]。
2012年，美国塔夫茨大学E. Charles H. Sykes课题组将单原子Pd 分散在Cu(111)面上，利用STM等手段表征了该原子分散的催化 剂，该催化剂对于加氢反应具有很好的选择性[2]。
4. 固相熔融法：包信和课题组将SiO2与FeSiO4在高纯氩气氛 下混合球磨，在空气气氛下高温煅烧再经硝酸洗涤、干燥 后得到硅化物晶格限域的单中心铁催化剂0.5wt% Fe/SiO2
[1] Nat. Chem., 2011, 3(8):634-641 [2] J. Am. Chem. Soc. 2013, 135(34): 12634-12645 [3] Chemistry–A European Journal, 2014,20(8): 2138-2144 [4] Science, 2014, 344(6184): 616-619.
mofs单原子催化剂综述
mofs单原子催化剂综述MOFs（金属有机框架）是一类由金属离子和有机配体组成的晶体材料，具有高度可调控性和多功能性。
近年来，MOFs作为单原子催化剂的载体材料备受关注。
本文将综述MOFs单原子催化剂的研究进展和应用前景。
我们先介绍一下MOFs的特点。
MOFs具有大比表面积、可调控的孔道结构和丰富的功能基团，这使得其在催化领域具有巨大的应用潜力。
与传统的催化剂相比，MOFs单原子催化剂具有以下优势：MOFs单原子催化剂的合成方法多种多样。
一种常用的合成方法是通过后修饰法将金属离子引入到MOFs的孔道中。
例如，可以利用有机配体上的官能团与金属离子形成配位键，将金属离子引入到MOFs中。
另外，还可以利用化学还原法将金属离子转化为单原子状态，并将其固定在MOFs的孔道内。
这些合成方法能够有效地制备出具有高度分散的单原子催化剂。
MOFs单原子催化剂在多个领域具有广泛的应用前景。
首先，在有机合成中，MOFs单原子催化剂可以用于催化有机物的氧化、还原、羰基化等反应，具有高催化活性和选择性。
其次，在环境保护领域，MOFs单原子催化剂可以用于废水处理、有害气体的催化转化等。
此外，在能源领域，MOFs单原子催化剂可以用于催化水分解、电催化和光催化等反应，具有重要的应用价值。
虽然MOFs单原子催化剂具有广阔的应用前景，但目前仍面临一些挑战。
首先，MOFs单原子催化剂的合成方法仍需要进一步改进，以提高催化剂的稳定性和活性。
其次，MOFs单原子催化剂的催化机理和反应动力学等方面的研究还相对不足，需要进一步深入探究。
此外，MOFs单原子催化剂的规模化制备和应用仍面临一定的技术难题。
MOFs单原子催化剂作为一种新型的催化剂材料，具有广泛的应用前景。
随着对MOFs单原子催化剂的研究不断深入，相信其在催化领域将发挥越来越重要的作用，为解决能源和环境问题提供了新的思路和方法。
单原子催化
前言：自从张涛课题组于2011年最早成功制备出单原子Pt/FeO x催化剂(Nature chemistry, 2011, 3(8): 634-641.)，该催化剂在CO氧化和CO选择性氧化反应中获得很高的催化活性和稳定性，并由此提出了单原子催化的概念以来，2012年，E. Charles H. Sykes课题组利用单原子Pd分散在Cu(111)面上，利用STM等手段表征了该原子分散的催化剂，该催化剂对于加氢反应具有很好的选择性(Science, 2012, 335(6073): 1209-1212.)，2014年，包信和课题组制备的原子级分散的Fe/SiO2在甲烷无氧制乙烯及芳构化取得重要进展(Science, 2014, 344(6184): 616-619.)，最近，郑南峰课题组用简单的光化学方法合成的Pd/TiO2单原子分散的催化剂在烯烃加氢反应中具有极佳的活性(Science, 2016, 352(6287): 797-800.)。
单原子催化引起人们极大的兴趣！概述：一般认为，亚纳米团簇比纳米级粒子具有更好的催化活性或选择性，从理论上讲，负载型金属催化剂分散的极限是金属以单原子的形式均匀分布在载体上，这不仅是负载型金属催化剂的理想状态，而且也将催化科学带入到一个更小的研究尺度— 单原子催化。
对于高负载量的金属催化剂，在催化反应过程中只有极少数金属活性组分起催化作用，相比较而言每个金属原子都作为活性位的单原子催化在效率上“以一当十”，而传统负载型金属催化剂的金属利用效率远远低于理想水平。
特别是对于贵金属来说，大剂量使用无疑增加了催化剂成本，不利于在工业生产中进行规模化应用。
因此，为了最大限度地发挥贵金属的催化效率，降低制造成本，制备单原子金属催化剂成为研究者的首要选择。
优点：单原子催化不同于纳米催化和亚纳米催化，因为当粒子分散度达到单原子尺寸时，引起很多新的特性，如急剧增大的表面自由能、量子尺寸效应、不饱和配位环境和金属⁃载体的相互作用等，正是这些与纳米或亚纳米级粒子显著不同的特性，赋予单原子催化剂优越的催化性能。
催化剂的表征
负载型金属簇催化剂的结构及表征方法郭兴龙2120111462 化学工程与技术生命学院摘要:综述了XRD ,CO-FTIR ,EXAFS ,XPS ,HRTEM等物化方法在负载型金属簇催化剂的结构性能(包括金属分散度、表面结构、电子状态)等方面的应用。
为更好地认识和使用负载型金属簇催化剂提供了可靠的依据。
关键词:负载型金属;催化剂;结构；表征方法负载型金属簇催化剂以载体作为一个支撑平台,将具有催化活性的金属尽可能均匀地分散于载体表面。
这种催化剂有很多优点,金属多半能以微小晶体的形式,高度分散在载体的整个表面,从而产生较大的活性表面。
分散于载体中的金属粒子愈小,暴露于表面的金属原子所占的比例愈大,愈有利于金属粒子与反应物的接触,从而提高了催化剂中金属活性组分的利用率。
另外,载体还能改善反应热的散发,阻止金属微晶的烧结与由此产生的活性表面的降低等等因此,负载型金属簇催化剂已广泛应用于石油炼制,汽车尾气转化,一氧化碳加氢,脂肪化合物加氢等催化反应过程中。
大量的研究结果表明,负载金属催化剂表面金属粒子的结构与催化性能之间存在着密切的关系,所以运用各种物化表征方式准确地测定催化剂的表面结构是非常重要的。
本文对负载型金属簇催化剂的结构表征方法进行了综述,主要的结构表征方法包括:X-射线衍射( XRD) ,扩展X-射线精细结构吸收谱(EXAFS) ,CO作探针的红外吸附光谱(CO-FTIR) , X-射线光电子能谱(XPS)以及透射电子显微镜(TEM)等。
一、X-射线衍射法(XRD)X-射线衍射线宽分析(LBA)方法已被广泛用来表征负载型催化剂中金属晶粒的分散程度。
利用LBA不仅可以根据Scherrer公式估计金属粒子的平均粒径,而且还可根据完全的线型分析确定晶粒的粒径分布和晶格变型情况[ 1 ]。
该方法适用于2～100 nm之间晶粒的分析。
以嵌入Y型沸石的Pd簇的研究为例[ 2 ],说明XRD用于表征负载金属簇催化剂中金属粒子分布的情况以及粗略地判断负载型金属簇中簇的大小。
pt单原子的载体效应
pt单原子的载体效应全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：PT单原子的载体效应是指将单一铂原子嵌入在载体中所产生的特殊效应。
铂原子因其较好的导电性和催化性而被广泛应用在化学和材料科学领域。
将铂原子嵌入载体中可以使其特性得到进一步的提升，从而拓展其在催化、传感、储能等方面的应用。
载体是将铂原子固定在其表面或内部的材料，如碳纳米管、氧化物等。
通过合适的方法，可以实现将铂原子均匀分散在载体中，并控制其形貌和尺寸。
这种嵌入方式不仅可以改善铂原子的稳定性和催化活性，而且可以减少其用量，提高资源利用率，降低生产成本。
在催化领域，PT单原子的载体效应主要体现在增加催化活性和选择性上。
研究表明，将铂原子嵌入碳纳米管中可以提高其对氢气氧化反应的催化活性，降低材料表面的催化剂负载量，增加其使用寿命。
载体对铂原子的间接作用还可以调控其表面电子结构和晶体结构，从而影响其催化性能。
在传感领域，PT单原子的载体效应可以提高传感器的灵敏度和稳定性。
以铂单原子为探针，可以通过其与目标分子的相互作用来实现对目标分子的检测。
将铂原子嵌入氧化物载体中，可以增加传感层的表面积和活性位点，提高传感器对目标分子的吸附和响应速度，从而提高传感器的检测灵敏度和响应速度。
在储能领域，PT单原子的载体效应可以提高电极材料的电催化活性和循环稳定性。
将铂原子嵌入碳基载体中，可以增加其导电性和反应活性，改善电池的循环性能和能量密度。
载体对铂原子的分散和固定还可以减轻其在循环过程中的析出和聚集现象，延长电极材料的使用寿命。
PT单原子的载体效应是一种通过优化载体结构和提高原子分散性来增强铂原子性能的有效策略。
将铂原子嵌入载体中可以拓展其在催化、传感、储能等领域的应用，并为相关领域的研究和应用提供新的思路和方法。
未来，随着对PT单原子载体效应的深入研究和理解，相信其在材料科学和化学工程中将会发挥更加重要的作用。
第二篇示例：PT单原子是一种特殊的纳米颗粒，具有独特的催化性能和电子传输性质。
高温漫反射红外光谱及探针分子识别分子筛中的羟基
高温漫反射红外光谱及探针分子识别分子筛中的羟基张 平31,2 王乐夫1 李雪辉1 徐建昌11(华南理工大学化工系,广州510640) 2(广州大学环境科学系,广州510400)摘 要 采用高温漫反射红外光谱法研究分子筛羟基,考察了温度、加热时间对高温光谱的影响。
该方法结合NH 3和C 5H 5N 分子探针在298～823K 对磷酸硅铝分子筛S APO 234中的羟基进行了表征。
结果表明,3612cm -1和3597cm -1吸收峰表征的羟基位于S APO 234分子筛的晶格中,归属于两种桥联羟基(S i 2OH 2Al )。
两种羟基均具有酸性,在823K 时仍然稳定。
关键词 磷酸硅铝分子筛,羟基,漫反射红外光谱,高温光谱,分子探针 2001210212收稿;2002203228接受本文系国家自然科学基金(20076017)、广东省自然科学基金(980512,000428)和广东省科技攻关计划(2K B06601S )资助项目1 引 言漫反射光谱适合于固体粉末样品的直接测定1;傅里叶变换红外光谱具有进行快速多次扫描和光谱累加的特点。
将漫反射方法与红外光谱相结合,可实现各种反应温度、压力和气氛下原位跟踪固体样品的变化过程,为多相催化材料提供一种新的表征方法2。
探针分子是研究吸附催化剂的有效手段,它可以提供催化剂表面存在的活性部位信息。
分子筛是一类具有均匀微孔结构的酸性材料,广泛应用于工业催化。
分子筛表面羟基是产生酸性的重要来源,羟基的位置、数量与催化剂的活性密切相关。
因此,研究分子筛表面羟基性质具有重要的实际意义。
考察羟基常用红外光谱(FTIR )3,但是分子筛的强吸水性可能导致羟基识别困难,而且需对试样进行严格的预处理4。
如果采用原位方法,试样在脱水的同时进行测定有望解决上述问题。
本文采用高温漫反射红外光谱(DRIFT )结合NH 3和C 5H 5N 探针分子表征新型催化材料磷酸硅铝分子筛S APO 2345中的羟基,获得了满意的结果。
光热催化 原位表征
光热催化原位表征
光热催化是一种利用光能和热能协同作用的催化过程，通过光照激发催化剂表面的电子和振动激发态，从而促进化学反应的进行。
原位表征是指在反应过程中对催化剂表面的结构、组成和活性等进行实时监测和分析。
原位表征技术可以提供关于光热催化过程中催化剂表面物种的变化、反应中间体的生成和消失、表面活性位点的形成和变化等信息。
常用的原位表征技术包括：
1. 原位红外光谱（Infrared Spectroscopy）：通过红外光谱技术可以监测催化剂表面吸附物种的变化，如吸附态中间体、反应产物等。
2. 原位拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：拉曼光谱技术可以提供催化剂表面振动模式的信息，从而揭示催化剂表面结构的变化。
3. 原位X射线吸收光谱（X-ray Absorption Spectroscopy）：X射线吸收光谱技术可以用来研究催化剂表面的元素组成、化学价态和配位环境等信息。
4. 原位透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy，TEM）：TEM技术可以提供催化剂表面形貌和结构的高分辨率图像，揭示催化剂纳米结构的演变和催化反应中的动态过程。
5. 原位质谱（Mass Spectrometry）：质谱技术可以监测催化反应中产物的生成和消失，从而了解催化剂的活性和选择性。
通过原位表征技术，可以深入了解光热催化过程中催化剂表面的变化和反应机理，为催化剂设计和优化提供重要的指导和理论基础。
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Perspective (Special Issue of the International SymposiumSSAC‐2016))
Using probe molecule FTIR spectroscopy to identify and characterize Pt‐group metal based single atom catalysts
Chithra Asokan a,†, Leo DeRita a,†, Phillip Christopher a,b,c,*
1. Introduction Optimizing the efficiency of platinum group metal (PGM) utilization in supported catalysts is critical due to the naturally low abundance, high costs, current demands, and expanding proposed applications of these metals. An emerging class of supported PGM catalysts that provides the potential for perfect metal utilization efficiency is single atom, or isolated site, PGMiso, catalysts where single PGM atoms are dispersed on a support [1–10]. The potential for perfect metal utilization requires that all PGMiso sites exist in similar local bonding environments cre‐ ating a constant reactivity across all sites. While many reports have demonstrated the utility of PGMiso catalysts, the limited “space” for reactant adsorption at such sites suggests that the range of potential applications may ultimately be dictated by an ability to introduce additional functionality around PGMiso spe‐ cies. In addition to the design of synthesis methods for produc‐ ing these atomically precise supported catalysts, it is critical to develop site‐specific characterization approaches that identify the existence of PGMiso species on supports, provide insight into their local bonding environment, and assess their reactivity. Aberration‐corrected scanning transmission electron mi‐ croscopy (STEM) is an essential tool to provide proof of the existence of PGMiso on supports, although STEM analysis cannot offer details regarding the local environment of single metal atoms unless the support is very well defined [11]. In addition, a significant number of images are needed per sample to de‐ velop quantitative data regarding the concentration or fraction of PGMiso species in a sample. Thus, coupling STEM with other characterization approaches is useful for analyzing the uni‐ formity of single atom existence throughout large samples and providing insights into the PGMiso environment. X‐ray absorp‐ tion spectroscopy (XAS) is often coupled with STEM to charac‐ terize supported PGMiso species and is particularly useful when studying homogeneous single site species [11]. However, XAS analysis of supported PGMiso species can be difficult to interpret when there is coexistence of multiple single site species (ie. species located on different sites on the support) or the co‐existence of small clusters and PGMiso species. In this perspective, we describe how probe molecule Fouri‐ er transform infrared spectroscopy (FTIR) is a powerful site‐specific characterization technique that can be used to identify and quantify the concentration of PGMiso species in a catalyst sample, and provide insights into local geometry, sta‐ bility, reactivity and homogeneity of supported PGMiso species. Probe molecule FTIR is particularly well suited for characteriz‐ ing supported PGMiso species because bonds formed between probe molecules and PGMiso species are sensitive to local geo‐ metric and electronic environments, which induces changes in band width [1], frequency [12] and other characteristics of the adsorbed molecule’s IR spectrum [13,14]. Furthermore, tem‐ perature programed FTIR experiments following coverage as a function of temperature can provide site specific adsorption energies [13,15,16]. As compared to STEM or XAS, probe mol‐ ecule FTIR is economical in that it can detect low concentra‐ tions of PGMiso, is inexpensive, and only requires short times. We start this perspective by describing the use of CO probe molecule IR to identify supported single Pt atoms and then single Rh, Ir and Os atoms, with the defining difference between these systems being the number of CO molecules that stably binds per PGM atom, and end with outlooks on how probe molecule IR can be used to provide insights into reactivity, local structure, and homogeneity of PGMiso species. 2. Identifying PGMiso species The choice of probe molecule in FTIR characterization of catalysts is important to ensure that the frequency or band appearances of the adsorbed molecule will respond to various characteristics of the adsorption site, allowing for site‐specific analysis. For the characterization of supported PGMiso species, CO provides several beneficial attributes, such as: (1) each ad‐ sorption site is comparable to the size of one CO; (2) CO gener‐ ally binds strongly enough to supported PGM structures to enable characterization by room temperature IR; (3) the polar‐ ization of CO is responsive to changes in metal charge, di‐ pole‐dipole coupling with nearby CO, and the coordination number of the PGM site [17,18]. Other probe molecules such as