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ikpntnu0122木蟲 (正式寫手)
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教學-固相催化劑表征的引言-帶ppt可以下載 已有8人參與
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從微觀上說, 化學反應是原子的重新排列，并且化學反應中斷鍵和成鍵的速度極快，到目前為止，差不多只有采用自由電子激光才能夠看到反應過程的中間態(tài)。另一方面，對于非均相反應來說，化學反應是在固體催化劑的納米結(jié)構(gòu)表面發(fā)生的。有一句話叫做“上帝創(chuàng)造了物質(zhì)，魔鬼創(chuàng)造了表面”。說明這個表面是很難研究得清清楚楚，明明白白真真切切的。需要借助慧眼。主要原因還是因為納米結(jié)構(gòu)表面是有缺陷的，缺陷的結(jié)構(gòu)本身就比較難以解析，到目前為止，大致只有采用原子分辨的顯微鏡（球差電鏡），也例如通過X射線吸收的精細結(jié)構(gòu)譜，還可以結(jié)合理論計算來推測；但是，可惡的是，催化反應中原料譬如說常見的氣體和表面是會相互作用的。這樣一作用，所謂的缺陷結(jié)構(gòu)上的原子結(jié)構(gòu)就會被重構(gòu)了，也就是說，我們原來哪怕在靜態(tài)條件下把原子結(jié)構(gòu)解析出來，也不代表著實際反應過程的情況。我們獲得真實的催化劑表面結(jié)構(gòu)的先決條件有以下兩個：只有當我們觀察的時間尺度與斷鍵一個數(shù)量級甚至更短，例如說飛秒皮秒；同時觀察的空間尺度是原子級別的時候（最好還是三維的，至少是兩維的），我們才能夠有可能看到催化過程的原貌。現(xiàn)在的自由電子激光和4D電鏡的發(fā)展可能在會在未來實現(xiàn)這種催化“電影”的拍攝。前者斯坦佛大學SLAC，后者是加州理工諾貝爾獎金Zewail處于世界的前沿。 所以我們現(xiàn)在所說的催化劑上的活性位（Active sites）都是假定的，一般存在在催化劑的缺陷上。我們一直在苦苦追求，催化劑中哪里是活性位？我們都知道活性位可能存在，但是在哪里，如前面所說的，我們到現(xiàn)在還沒有直觀地看到。想尋找活性位的這個過程，我們通常需要先進的工具，我們一般把采用先進的工具去發(fā)現(xiàn)，去靠近，去判斷的過程叫催化劑的表征。我們?nèi)吮旧淼难劬υ诖呋瘎┍碚鬟@個事情上，觀察到的事情太宏觀了，不見得能夠?qū)ふ业剿枰摹肮饷鳌�。所以“工欲善其事必先利其器”。這個器就是催化劑表征用的工具。這兩天清華大學Science上出現(xiàn)的準諾貝爾獎的生物分子的工作，其實很大程度上依賴于新近發(fā)展的冷凍電鏡技術(shù)。他的工作按照前面的判斷也還是不斷地在趨近而不是真正的實時。 盡管我們知道我們目前所做的工作是找不到催化劑中的活性中心的，但是我們都有希臘悲劇英雄的心態(tài)。我們做的催化劑的表征工作，很多時候不是實時的，看到的信息都是間接的，是外推的，有的時候也就是錯了。但是錯不等于沒有用，就像原來的時候?qū)Υ呋瘎┑难芯渴呛谙洌F(xiàn)在我們至少變成了灰箱，最終我們會將這個過程變成白箱。 因為我們的目的與我們的手段的存在著巨大的差異，所以我們采用的一個實際的辦法是“多管齊下”。利用很多的工具來對一個問題進行解析，這樣綜合的信息就比單一的信息可靠得多，所謂“遠看成嶺側(cè)成峰，遠近高低都不同”，其實如果我們很多人都一起去看，看到的“嶺和峰”在空間或者我們觀察到的時間范圍內(nèi)還是同一個“嶺和峰”的話，我們就覺得這個可能就是我們要找的結(jié)構(gòu)。 但是固相催化是比較復雜的，雖然我們需要的是表面的信息，但是我們也對主體的結(jié)構(gòu)進行鑒定，因為催化劑里面組成好幾種，有時候連組成的物種都是不清楚的。通常需要采用光電熱磁等各種手段去探測，來說明主體或者表面的結(jié)構(gòu)。因為物理學的大發(fā)展，工具包里面的武器有時候有點多，有些武器還是多功能的，往往會導致我們不知道使用哪個武器。所以學習催化劑表征的過程就是要從原理，對象和局限性等方面來獲得有用的“嶺和峰”的信息。不是把工具包里面的武器都用上一遍，然后再分析，這樣的做法既奢侈，浪費資源又低效。學習表征就是對癥下藥，不能動不動就上同步輻射，動不動就上球差電鏡。這里有點像醫(yī)生治病的過程，好的醫(yī)生和差的醫(yī)生是不一樣的，好醫(yī)生會按照你的病情對癥下藥，壞的醫(yī)生就是抓一大把藥，吃了再說。 這個時候我們還是需要問問自己幾個問題，要退到最原始的地方去。譬如說我需要的是表面信息，還是主體信息；是主體成分信息還是表面成分信息；是氣體和表面相互作用的信息還是結(jié)構(gòu)自身變化的信息。 以下是我講課的一個引言部分，我一直覺得引言部分是很最重要的，這就是我們退到的最原始地方，然后再開始推進問題的解決。表征的書好多，很多在小木蟲上找得到，可以參考，譬如spectroscopy in catalysis; characterization of solid materials and heterogeneous catalysts;In-situ characterization of heterogeneous catalysis等。 還有一句話，就是表征的時候一定要結(jié)合你研究體系的特殊性，個性的解析比共性的解析更接近與本質(zhì)！[ Last edited by ikpntnu0122 on 2015-8-24 at 19:23 ] |
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2015-08-23 16:20:01, 2.04 M
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