用气体反应细胞氧化氢氧化物氢氧化物

气体反应电池用于研究​​加压氧环境中的氢氧化物氧化钴，其表面化学特征在于X射线光电子能谱。

介绍

化学和石化工业使用钴化合物进行各种应用，尤其是氢氧化物（CO（OH）₂）由于其出色的物理性质，可以在气体传感，异构催化和锂离子电池中广泛采用。CO（哦）₂也被用作CO的制造中的前体_3.O._4.和合唱团（哦）。开发成本效益CO（哦）₂催化剂作为燃料电池电极中昂贵Pt的替代，用于氧还原反应（ORR）是激烈的研究主题。¹

本文讨论了高温反应池用于研究​​在新型催化剂表面上发生的方法。二氧化硅支持CO（OH）₂在3巴的氧气气氛中进行煅烧之前和之后进行了研究。

实验

先进Kratos轴光电子光谱仪用于进行测量。气体反应细胞重复正常反应器容器的条件，使操作者能够再现反应器条件并检查在催化剂表面上发生的化学变化。图1显示了催化单元的示意图，其中融合的石英反应器容器置于不锈钢真空室内。这里，使用简单的转移机构，可以在不将样品暴露于大气中的情况下进行实验和分析。

图1。催化细胞的示意图。

讨论

在制备样品后，将其安装并原位转移到样品分析室（SAC）中以获得调查和高分辨率光谱。用少量吸附的碳质材料清楚地观察到氧气和钴。在反应之前为CO 2P区域收集的峰值拟合的高分辨率谱如图2所示。最强烈的峰在780.8 eV中可见 - 这是CO（OH）的特征₂。

图2。制备氢氧化钴催化剂的CO 2P光谱。

由于CO 2P区域的两个组件揭示了相同的定性信息，因此只有更高的强度CO 2P_3/2核心水平，包括机振卫星。在较高的绑定能量中观察到的附加光谱线已经与原子中的未配对电子之间的耦合或多重电子激发有关。^3.

在建立制备的催化剂的氧化状态后，下一步骤是在反应细胞中进行连续的加热处理。每种处理涉及采样加热，然后将氧气引入3巴的测量压力。10分钟后，除去催化剂并研究以观察其表面化学的任何变化。然而，即使在加热到150℃和200℃之后，CO 2P区域也保持不变，但是C 1S信号很可能由于不定数碳作为CO和CO的氧化和解吸而降低₂。当样品被加热至250℃时，CO 2P封套显示出明显的变化（图3）。

图3。氧化钴氢氧化物的CO 2P光谱。

对于CO的氧化物，通过使用CO 2P的峰值位置，不可能自信地识别氧化状态_3/2顶峰。然而，根据Biesinger等人的最近出版物，振动结构可以识别真正的氧化状态。^4.这对于许多顶部的过渡元件和散曲线，这是常见的，其中高绑定能量振动特征在785.6 eV和789.5 eV中配有两个部件，用作确定氧化物作为CO的指纹_3.O._4.。

在氧中反应之前和之后的O 1S光谱在图4中呈现，清楚地显示出O 1S轨道的峰位置的偏移到531.7eV至530.3eV。这种转变是将氧环境从氢氧化物切换到低氧化物的特征。未处理样品上的小低结合能量肩可能是由吸附碳的一些表面污染或羟基氧化物物种的低百分比引起的。

图4。氧化钴氢氧化物催化剂的O 1S光谱（黑色）和（蓝）氧化反应之后。

结论

本文已经证明了使用催化细胞分析氢氧化钴氧化的分析。使用催化细胞，可以在高温下处理样品，高压条件类似于工业反应器中的环境。仔细分析XPS谱图在每次连续治疗后获得的，揭示一旦煅烧超过200ºC，催化剂表面从氢氧化物变为氧化物。CO 2P区域的峰值拟合揭示了CO作为CO_3.O._4.。

参考和进一步阅读

1. B.王，J.电力资源，152,2005，1-15
2. J. Yang，H. Luu，W.N.Martens，R.L.Frost，J. Phy。化学。C 2010,114,111-119
3. V.Vagvolgyi，R.L.L.Frost，M. Hales，Locke，A. Kristof，J. Therm。肛门。卡洛里姆。2008,92,893
4. M. C. Biesinger，B.P.Payne，A.P.Grosvenor，L.W.M. Lau，A. R.Gerson，R.St.C.智能，苹果。冲浪。SCI。，257,2011,2717-2730

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