Hệ thống Quang phổ quang điện tử tia X (XPS) K-Alpha™ của Thermo Scientific™ đã được sử dụng để nghiên cứu sự thay đổi hoá học bề mặt giữa một xúc tác hydrodesulfurization Co(Ni) MoS được hỗ trợ trên γ-alumina mới và cùng loại xúc tác sau khi tiếp xúc với không khí. Bằng cách sử dụng XPS, việc nhận dạng và định lượng sự khác biệt hoá học giữa hai mẫu đã được thực hiện.
Giới thiệu
Xác định trạng thái hoá học và lượng hóa là rất quan trọng khi hiểu về hiệu suất của các xúc tác. Các xúc tác dựa trên kim loại thường được sử dụng cho các phản ứng oxy-hoá khử, do đó việc kiểm soát cẩn thận trạng thái oxy hóa của kim loại là cần thiết để đảm bảo rằng xúc tác hoạt động hiệu quả. Bề mặt của vật liệu là nơi diễn ra phản ứng; do đó cần phải có một phương pháp để đo lường hoá học bề mặt của xúc tác. XPS là một kỹ thuật tối ưu cho loại phân tích này. Mẫu được phân tích trong điều kiện chân không, do đó các thay đổi bề mặt trong quá trình phân tích được giảm thiểu. XPS cũng là một kỹ thuật cực kỳ nhạy về bề mặt. Phổ được thu thập từ trong lớp 10 nm trên bề mặt, điều này cho phép XPS tập trung vào khu vực bề mặt quan trọng. Cuối cùng, XPS có thể xác định và lượng hóa cả thành phần nguyên tố và trạng thái hoá học của các nguyên tố được phát hiện.
Hiệu suất cao của Hệ thống Quang phổ quang điện tử tia X (XPS) K-Alpha™ cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng XPS để nhanh chóng và rõ ràng xác định thành phần và trạng thái hoá học của bề mặt các mẫu xúc tác. Tài liệu ứng dụng này mô tả cách Hệ thống XPS K-Alpha đã được sử dụng để phân tích một xúc tác Co(Ni)MoS được hỗ trợ bởi γ-alumina để thu được thông tin về trạng thái hoá học từ cả một mẫu mới và một mẫu đã tiếp xúc với không khí, và xác định loại và mức độ thay đổi hoá học mà xúc tác trải qua khi tiếp xúc với không khí.
Phương pháp nghiên cứu các xúc tác
Viên xúc tác được lấy ra khỏi bảo quản dưới hexan và gắn trực tiếp lên băng keo đồng hai mặt, đã được dán vào khay mẫu. Khối mẫu sau đó được đưa vào khóa nạp nhanh và tự động hút chân không và chuyển vào buồng phân tích. Viên xúc tác được phân tích để thu được thông tin về nguyên tố và trạng thái hoá học. Sau khi phân tích này hoàn tất, mẫu được chuyển ra khỏi hệ thống và tiếp xúc với không khí ở áp suất khí quyển trong ba phút. Mẫu sau đó được hút chân không và chuyển lại vào buồng phân tích. Phân tích XPS tiếp theo được so sánh với kết quả ban đầu để xác định mức độ ôxy hóa của bề mặt mẫu sau khi tiếp xúc với không khí.
Kết quả
Các phổ Co2p3/2 ghi lại trên các viên xúc tác mới và đã lão hóa được thể hiện trong Hình 1 và Hình 2, tương ứng. Các pha khác nhau của cobalt đã được định lượng bằng cách sử dụng phần mềm phân tích phổ tích hợp trong hệ thống dữ liệu Avantage theo Tài liệu tham khảo 1. Phổ đã được phân tích bằng cách sử dụng một phương pháp phù hợp nhiều thành phần giả định các pha Co9S8, CoMoS và Co(II) oxit. Không quan sát được sự ôxy hóa đáng kể khi chuyển mẫu từ container vào Hệ thống XPS K-Alpha, xác nhận rằng mẫu có thành phần mong đợi. Một lượng ôxy hóa hơn đã được quan sát sau khi tiếp xúc với không khí, dẫn đến sự tăng của các lượng tương đối của Co(II) oxit và Co9S8 tại bề mặt và giảm của lượng tương đối của CoMoS.
Sự gia tăng tương tự về quá trình oxy hóa được phát hiện trong quang phổ molypden, được thể hiện trong Hình 3 và 4. Giống như quang phổ cobalt , sự oxy hóa nhiều hơn được quan sát thấy sau khi tiếp xúc với không khí, dẫn đến sự gia tăng lượng tương đối của Mo(IV) oxit và của Mo(VI) oxit ở bề mặt và sự giảm lượng tương đối của Mo(II) sulfua. Bảng 1 trình bày bảng so sánh định lượng trạng thái hóa học đầy đủ của mẫu tươi và mẫu cũ. Việc định lượng cho thấy lượng chất hỗ trợ alumina vẫn giữ nguyên và lưu huỳnh, molypden và cobalt đều bị oxy hóa nhiều hơn. Việc xác định mức độ oxy hóa tăng lên cho phép người phân tích xác định chất lượng bề mặt của chất xúc tác.
| XPS peak | Trạng thái hóa học | Mẫu mới (%nguyên tử) | Mẫu cũ (%nguyên tử) |
| Al2p | Al2O3 | 24 | 24.5 |
| S2p3/2 | Sulfide | 7 | 5.3 |
| S2p3/2 | Oxysulfide | 0.3 | 0.9 |
| Mo3d5/2 | Mo (II) Sulfide | 2.6 | 1.4 |
| Mo3d5/2 | Mo (IV) oxide | 0.1 | 0.9 |
| Mo3d5/2 | Mo (VI) oxide | 0.2 | 0.7 |
| C1s | C-C / C-O / C=O | 22.9 | 17.6 |
| O1s | O-C / O-metal | 40.8 | 46.1 |
| Ni2p | Ni (II) sulfide | 1.6 | 2.1 |
| Co2p3/2 | Co9S8 | 0.1 | 0.1 |
| Co2p3/2 | CoMoS | 0.3 | 0.2 |
| Co2p3/2 | Co (II) oxide | 0.1 | 0.2 |
Bảng 1: Định lượng trạng thái hóa học đầy đủ cho cả mẫu mới và mẫu cũ.
Tóm tắt
Hệ thống K-Alpha XPS có thể được sử dụng để xác định và định lượng nhanh chóng và chính xác trạng thái hóa học của các nguyên tố có trong mẫu xúc tác.
Nguồn: https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/MSD/Application-Notes/xps-oxidation-cobalt-an1055.pdf
Minh Khang là nhà phân phối và nhập khẩu trực tiếp các thiết bị Quang phổ quang điện tử tia X hãng Thermo Fisher.
EN