固體表面題答案

《固體表面物理化學》小論文結合自己的科研項目，談談表面技術可以獲得哪些有用的信息？課題不固定，可以自己定。如果有初步的實驗結果，也可列舉。簡答列舉三位在表面化學領域獲得諾貝爾獎的科學家，并闡述貢獻。德國化學家奧斯特(WilheinOstwald)1909年獲得諾貝爾化學獎比較清晰地提出了催化作用的概念，研究催化劑，提出化學平衡和反應速度的原理，發(fā)明了由氨氧化法制取一氧化氮等主要貢獻。美國化學家蘭繆爾(IrvingLangmuir)1932年獲得諾貝爾化學獎，首次提出原子清潔面概念并由此提出單層化學吸附，吸附位置，吸附等溫線;提出表面非均勻特性;提出化學吸附物種之間相互作用的催化機理，以及吸附偶極子之間的排斥作用等，構成了固體化學的第一革命.德國化學格哈德?埃特爾(GerhardErtl)2007年獲得諾貝爾化學獎。埃特爾是最早認識到現(xiàn)代表面研究技術在固體表面化學過程中巨大潛力的科學家之一。自上世紀60年代來，逐步建立了研究固體表面化學過程的方法學，通過利用多種研究技術的組合，在原子分子層次提供了一個表面化學反應的完整圖像，為固體表面化學研究奠定了科學基礎。埃特爾的兩個最典型的貢獻是合成氨反應過程的催化機理的認識和表面非線性反應動力學理論的建立。(10分)為什么普通光學顯微鏡的分辨率有限，而透射電子顯微鏡可以獲得遠比光學顯微鏡高的分辨率？請詳細闡述。光學顯微鏡以可見光作照明束，透射電子顯微鏡則以電子為照射束，利用電子的波動性來觀察固體材料形貌、內部缺陷和直接觀察原子結構的儀器。光學顯微鏡其最大的分辨能力為0.2〃m，正常人眼的分辨能力為0.2mm，因此普通的光學顯微鏡只有1000倍。透射電子顯微鏡大采用5級透鏡放大，即中間鏡和投影鏡各有兩級。成像模式的總放大倍數(shù)：MT=M0-MILMI2-MP1-MP2盡管復雜得多，它在原理上基本模擬了光學顯微鏡的光路設計，簡單化的可將其看成放大倍率高得多的成像儀器。一般光學顯微鏡放大倍數(shù)在數(shù)十倍到一千倍。而透射電鏡的放大倍數(shù)在數(shù)千倍至一百萬倍之間。（15分）為什么可以通過紅外光譜研究毗啶在催化劑上的吸附，作為催化劑表面L酸和B酸判定的依據(jù)？請詳細闡述。（15分）C5H5N（pKB=9），堿性弱于NH3（pKB=5），它只同強酸中心反應?；纠碚撘罁?jù)是：1.C5H5N在氯仿中的紅外光譜；2.是C5H5N同典型的電子對受體BH3絡合物在氯仿溶液中的紅外光譜；3.在氯仿中C5H5N和HCl（給出質子）形成（C5H5N：H+）Cl的紅外光譜。根據(jù)以上的3種光譜帶可以判別出催化劑表面的B酸和L酸。CHN：BH中的CHN類似于CHN吸附在L酸中心，而（CHN：H+）Cl類似于CHN吸附在B酸中心。在氯仿當中的CHN相當于物理吸附的C5H5N。因此利用在1640—1500cm-1和1500—1440cm-i范圍光譜上的差異可以區(qū)別物理吸附毗啶和配位到L酸中心的毗啶以及吸附在B酸中心的毗啶，其普帶如下表，即液體C5H5N面內環(huán)變形振動吸收帶是1580cm-i和1572cm-i；吸附在B酸中心后，在1540cm-i出現(xiàn)特征峰。液體C5H5N的CH變形振動在1482cm-i和1439cm-i出現(xiàn)吸收峰，而吸附在L酸中心后，特征峰在1450cm-1.所以利用1540cm-i吸收帶表征B酸中心，1450cm-i吸收帶表征L酸中心。表3被吸附CsHsN的不同吸收帶的歸屬相互作用類型model9bmode]9amode8a-modesb物理吸附（室溫可抽除）PyPj1445cm-11490'em"1579cm-1bH-鍵（150t可抽除）Pyll'1450cm->149(P1595bL酸中心PyLiFyLir145714901615J625?1575"B酸中心PyB154014901640-1620闡述拉曼散射的原理，請結合能級圖表示。拉曼光譜和紅外光譜相比有何優(yōu)點？當激發(fā)光與樣品分子作用時，樣品分子即被激發(fā)至能量較高的虛態(tài)（圖中用虛線表示）。左邊的一組線代表分子與光作用后的能量變化，粗線出現(xiàn)的幾率大，細線表示出現(xiàn)的幾率小，因為室溫下大多數(shù)分子處于基態(tài)的最低振動能級。中間一組線代表瑞利（Rayleigh）散射，光子與分子間發(fā)生彈性碰撞，碰撞時只是方向發(fā)生改變而未發(fā)生能量交換。右邊一組線代表拉曼散射，光子與分子碰撞后發(fā)生了能量交換，光子將一部分能量傳遞給樣品分子或從樣品分子獲得一部分能量，因而改變了光的頻率。能量變化所引起的散射光頻率變化稱為拉曼位

移。由于室溫下基態(tài)的最低振動能級的分子數(shù)日最多，與光子作用后返回同一振動能級的分子也最多,所以上述散射出現(xiàn)的幾率大小順序為：瑞利散射＞Stokes線＞反Stokes線。隨溫度升高，反Stokes線的強度增加。其原理圖如下所示：瑞利散射 拉景tw : 1 E=hv E=hv±A&F'虛態(tài)+■'基了心十1答案一：拉曼光譜和紅外光譜相比的優(yōu)點：.拉曼光譜的光譜范圍大：拉曼光譜的為40—4000cm-1紅外光譜的為400-4000cm-1所用的溶劑更方便：拉曼光譜可用水做溶劑，紅外光譜不能用水所用的容器更方便：做拉曼光譜時樣品可用玻璃瓶，毛細管等容器盛放直接測定，紅外不能用玻璃容器測定樣品制作簡單：做拉曼光譜時固體樣品可直接測定，做紅外光譜樣品需要研磨制成KBR壓片。答案二：IR使用的是紅外光，尤其是中紅外，好多光學材料不能穿透，限制了使用，而拉曼可選擇的波長很多，從可見光到NIR，都可以使用。用拉曼光譜分析時，樣品不需前處理。而用紅外光譜分析樣品時，樣品要經過前處理，IR有時候相對比較的復雜，耗時間，而且可能會損壞樣品，但是拉曼并不存在這些問題。物理吸附和化學吸附的作用力都有哪些？詳細闡述物理吸附和化學吸附的區(qū)別。物理吸附的作用力：范德華力，靜電力，誘導力，色散力化學吸附力：價鍵力物理吸附和化學吸附的區(qū)別：吸附作用力的不同：物理吸附作用力主要是范德華力，化學吸附作用力主要是價鍵力。吸附熱的不同：物理吸附總是放熱的，化學吸附可能放熱也可能吸熱的，物理吸附熱比液化熱稍