远红外光谱在催化领域的应用前景

doi:10.1016/S1872-2067(15)61087-7

催化学报 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (5): 637-643.DOI: 10.1016/S1872-2067(15)61087-7

远红外光谱在催化领域的应用前景

李会香^a,b, 张宗超^a

a 中国科学院大连化学物理研究所, 催化基础国家重点实验室, 洁净能源国家实验室(筹), 辽宁大连 116023;
b 中国科学院大学, 北京 100049

收稿日期:2016-02-29 修回日期:2016-03-19 出版日期:2016-04-26 发布日期:2016-04-26
通讯作者: Z. Conrad Zhang
基金资助:
国家千人计划;中国科学院国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划.

Far reaching potentials of far infrared spectroscopy in catalysis research

Huixiang Li^a,b, Z. Conrad Zhang^a

State Key Laboratory of Catalysis, Dalian National Laboratory for Clean Energy, Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, Liaoning, China

Received:2016-02-29 Revised:2016-03-19 Online:2016-04-26 Published:2016-04-26
Contact: Z. Conrad Zhang

摘要/Abstract

摘要：

中红外光谱是催化领域的重要技术之一, 已被广泛应用于催化过程的研究, 而远红外光谱 (FIR) 的应用相对而言并不成熟. FIR 可用于分析催化过程中较低能量的振动模式, 如氢键、芳烃骨架振动、重原子间的伸缩振动、气体分子的转动等, 从而可弥补中红外光谱的应用. 在本文中, 我们综述了有关 FIR 在催化领域的应用, FIR 可以用来表征金属有机化合物类、金属原子簇类、不同晶相的氧化铝等催化剂的结构. 在研究气体在催化剂表面上的吸附过程中 FIR 展现出独特的优势: 直接检测到气体 (如 CO) 与不同类型载体 (如 MO_x) 的成键 M-C, 分析两者的相互作用强度, 进而表征催化剂载体表面的性质. 如 CO 在载体 M-ZSM-5 (M = Li, Na, K, Rb, Cs) 上的吸附强度ν(M-C) 和交换离子 M 的 1/r²成正比 (r 是 M 的半径), 且 CO 在 ZnO 上的吸附强度 (ν(Zn-C) = 215 cm^-1) 相对于在 M-ZSM-5 的吸附较强 (ν(M-C) = 85-150 cm^-1), 因 ZnO 载体的电负性较碱金属强, 对于 CO 的吸附作用更强. 另外原位 FIR 可通过分析金属物与多种底物的相互作用强度、反应过程中催化剂的结构、浓度的变化趋势等, 为催化机理的分析提供理论支持. 在最新的研究成果中, 我们借助原位远红外光谱研究了多种金属氯化物催化葡萄糖异构化过程的机理, 经分析得知活性最高的催化剂 CrCl₃与底物葡萄糖分子中的羰基、羟基、乙二醇等结构配位较弱, 而与葡萄糖分子中的活性部位羟基乙醛结构作用较强. 而其他的金属氯化物如 VCl₃和 FeCl₃不仅与羟基乙醛结构配位较强, 与底物和产物分子中的羰基或羟基的作用也较强, 这对于其选择性地异构化葡萄糖不利. 综上所述远红外光谱在催化领域的应用展现了广阔的前景, 我们期待远红外光谱在催化研究中得到更广泛的运用.

关键词: 催化, 远红外光谱, 表征, 原位分析, 低能振动模式

李会香, 张宗超. 远红外光谱在催化领域的应用前景[J]. 催化学报, 2016, 37(5): 637-643.

Huixiang Li, Z. Conrad Zhang. Far reaching potentials of far infrared spectroscopy in catalysis research[J]. Chinese Journal of Catalysis, 2016, 37(5): 637-643.

×
扫码分享

导出引用管理器 EndNote|Ris|BibTeX

链接本文: https://www.cjcatal.com/CN/10.1016/S1872-2067(15)61087-7

https://www.cjcatal.com/CN/Y2016/V37/I5/637

参考文献

[1] T. Lear, R. Marshall, J. A. Lopez-Sanchez, S. D. Jackson, T. M. Klapotke, M. Baumer, G. Rupprechter, H. J. Freund, D. Lennon, J. Chem. Phys., 2005, 123, 174706/1-174706/13.
[2] L. MacAleese, P. Maitre, Mass Spectrom. Rev., 2007, 26, 583-605.
[3] Z. Z. Wu, E. B. Xu, J. Long, Y. J. Zhang, F. Wang, X. M. Xu, Z. Y. Jin, A. Q. Jiao, Food Control, 2015, 50, 405-412.
[4] J. Lejeune, J. B. Brubach, P. Roy, A. Bleuzen, C. R. Chim., 2014, 17, 534-540.
[5] S. Nasrazadani, T. Springfield, Mater. Struct., 2013, 47, 1607-1615.
[6] T. C. Ruthenburg, P. C. Perlin, V. Liu, C. E. McDade, A. M. Dillner, Atmos. Environ., 2014, 86, 47-57.
[7] S. Vahur, A. Teearu, I. Leito, Spectrochim. Acta A, 2010, 75, 1061-1072.
[8] M. Zhang, T. Moxon, Am. Miner., 2014, 99, 671-680.
[9] M. D. Hopkins, V. M. Miskowski, P. M. Killough, A. P. Sattelberger, W. H. Woodruff, H. B. Gray, Inorg. Chem., 1992, 31, 5368-5374.
[10] H. X. Li, W. J. Xu, T. Y. Huang, S. Y Jia, Z. W. Xu, P. F. Yan, X. M. Liu, Z. C. Zhang, ACS Catal., 2014, 4, 4446-4454.
[11] F. Keilmann, Infrared Phys., 1991, 31, 373-380.
[12] K. Ohno, T. Shimoaka, N. Akai, Y. Katsumoto, J. Phys. Chem. A, 2008, 112, 7342-7348.
[13] S. Huant, J. B. Robert, G. Chouteau, P. Bernier, C. Fabre, A. Rassat, Phys. Rev. Lett., 1992, 69, 2666-2669.
[14] E. A. Pidko, V. Degirmenci, R. A. van Santen, E. J. M. Hensen, Inorg. Chem., 2010, 49, 10081-10091.
[15] J. H. Baek, J. S. Kim, M. J. Moon, M. S. Lee, J. Nanosci. Nanotechnol., 2015, 15, 5314-5317.
[16] M. J. Taylor, A. L. Odell, H. A. Raethel, Spectrochim. Acta, 1968, 24, 1855-1861.
[17] E. Lasseuguette, A. Gandini, M. N. Belgacem, H. J. Timpe, Polymer, 2005, 46, 5476-5483.
[18] P. M. Boorman, A. J. Carry, Inorg. Nucl. Chem. Lett., 1968, 4, 101-105.
[19] A. Fielicke, G. von Helden, G. Meijer, Eur. Phys. J. D, 2005, 34, 83-88.
[20] C. Ratsch, A. Fielicke, A. Kirilyuk, J. Behler, G. von Helden, G. Meijer, M. Scheffler, J. Chem. Phys., 2005, 122, 124302/1-124302/15.
[21] A. Fielicke, C. Ratsch, G. von Helden, G. Meijer, J. Chem. Phys., 2007, 127, 234306/1-234306/8.
[22] H. D. Ruan, R. L. Frost, J. T. Kloprogge, L. Duong, Spectrochim. Acta, 2002, 58, 265-272.
[23] F. Windisch Jr., J. Appl. Phys., 2004, 95, 5435-5442.
[24] J. Pellicer-Porres, A. Segura, Ch. Ferrer-Roca, J. A. Sans, P. Dumas, Phys. Conden. Matt., 2013, 25, 50592/1-50592/7.
[25] J. C. Lavalley, Catal. Today, 1996, 27, 377-401.
[26] C. Otero Arean, G. Turnes Palomino, A. Zecchina, G. Spoto, S. Bordiga, P. Roy, Phys. Chem. Chem. Phys., 1999, 1, 4139-4140.
[27] J. Saussey, T. Rais, J. C. Lavalley, Bull. Soc. Chim. Fr., 1985, 305-312.
[28] U. Engström, R. Ryberg, J. Chem. Phys., 2000, 112, 1959-1965.
[29] Z. C. Zhang, Wiley Interdisciplinary Rev.: Energy Environ., 2013, 2, 655-672.
[30] R. J. van Putten, J. C. van der Waal, E. de Jong, C. B. Rasrendra, H. J. Heeres, J. G. de Vries, Chem. Rev., 2013, 113, 1499-1597.
[31] E. A. Pidko, V. Degirmenci, R. A. van Santen, E. J. M. Hensen, Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 2530-2534.
[32] J. Guan, Q. Cao, X. C. Guo, X. D. Mu, Comput. Theor. Chem., 2011, 963, 453-462.
[33] R. W. Nagorski, J. P. Richard, J. Am. Chem. Soc., 2001, 123, 794-802.
[34] H. B. Zhao, J. E. Holladay, H. Brown, Z. C. Zhang, Science, 2007, 316, 1597-1600.
[35] S. P. Weng, Fourier Transform Infrared Spectrometry, 2nded., Chemical Industry Press, Beijing, 2012, 12.
[36] J. S. Avery, C. D. Burbridge, D. M. Goodgame, Spectrochim. Acta A, 1968, 24, 1721-1726.
[37] Y. M. Zhang, E. A. M. Pidko, E. J. Hensen, Chem. Eur. J., 2011, 17, 5281-5288.

远红外光谱在催化领域的应用前景

Far reaching potentials of far infrared spectroscopy in catalysis research

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

扫码分享

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

[1]	赵彬彬, 钟威, 陈峰, 王苹, 别传彪, 余火根. 高晶化g-C₃N₄光催化剂: 合成、结构调控和光催化产氢[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 127-143.
[2]	唐小龙, 李锋, 李方, 江燕斌, 余长林. 单原子催化剂在光催化和电催化合成过氧化氢中的研究进展[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 79-98.
[3]	张季, 俞爱民, 孙成华. 非金属掺杂石墨烯异核双原子催化剂氮还原特性研究[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 263-270.
[4]	胡金念, 田玲婵, 王海燕, 孟洋, 梁锦霞, 朱纯, 李隽. MXene负载3d金属单原子高效氮还原电催化剂的理论筛选[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 252-262.
[5]	洪岩, 王琦, 阚子旺, 张禹烁, 郭晶, 李思琦, 刘松, 李斌. 电化学氮还原氨反应催化剂的最新研究进展[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 50-78.
[6]	孙嘉辰, 陈赛, 付东龙, 王伟, 王显辉, 孙国栋, 裴春雷, 赵志坚, 巩金龙. 氧扩散与表面反应在VO_x-Ce_1‒_xZr_xO₂催化丙烷脱氢反应中的影响[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 217-227.
[7]	蔡铭洁, 刘艳萍, 董珂欣, 陈晓波, 李世杰. 漂浮型Bi₂WO₆/C₃N₄/碳布S型异质结光催化材料用于高效净化水体环境[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 239-251.
[8]	刘勇, 赵晓丽, 隆昶, 王晓艳, 邓邦为, 李康璐, 孙艳娟, 董帆. 原位构筑动态Cu/Ce(OH)_x界面用于高活性、高选择性和高稳定性硝酸盐还原合成氨[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 196-206.
[9]	高晖, 张恭, 程东方, 王永涛, 赵静, 李晓芝, 杜晓伟, 赵志坚, 王拓, 张鹏, 巩金龙. 构建Cu台阶位促进电催化CO₂还原制醇类化学品的研究[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 187-195.
[10]	王思恺, 闵祥婷, 乔波涛, 颜宁, 张涛. 单原子催化: 追寻催化领域的“圣杯”[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 1-13.
[11]	江梓聪, 程蓓, 张留洋, 张振翼, 别传彪. 氧化锌基梯型异质结光催化剂[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 32-49.
[12]	邹心仪, 顾均. 酸性条件下二氧化碳高效电还原策略[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 14-31.
[13]	Abhishek R. Varma, Bhushan S. Shrirame, Sunil K. Maity, Deepti Agrawal, Naglis Malys, Leonardo Rios-Solis, Gopalakrishnan Kumar, Vinod Kumar. C4二醇的发酵生产及其化学催化升级为高价值化学品的研究进展[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 99-126.
[14]	刘鑫, 王茂弟, 任亦起, 刘嘉立, 戴慧聪, 杨启华. 构建模块化催化体系用于氢转移反应: 氢键的促进作用[J]. 催化学报, 2023, 52(9): 207-216.
[15]	赵磊, 张震, 朱昭昭, 李平波, 蒋金霞, 杨婷婷, 熊佩, 安旭光, 牛晓滨, 齐学强, 陈俊松, 吴睿. 缺陷氮掺杂碳耦合Co-N₅单原子位点用于高效锌-空气电池[J]. 催化学报, 2023, 51(8): 216-224.