固體表面化學(xué)復(fù)習(xí)答案-石油大學(xué)

IrvingLangmuir歐文·朗繆爾1932;\o"查看圖片"

GerhardErtl格哈德·埃特爾2007;GaborA.Somorjai;Brunauer,Emmett,TellerLangmuir;JournalofCatalysis;JournalofMolecularCatalysis;Angew.chem.Int.Ed;JACS(JournaloftheAmericanChemicalSociety)1、從催化作用的角度，談?wù)劯叻稚⒔饘俅呋瘎┥希饘僭尤绾闻帕校?．催化反應(yīng)過(guò)程中，要完成催化作用，反應(yīng)物分子必須被吸附到金屬活性位上。被吸附的反應(yīng)物分子數(shù)量越多，活化的幾率就越高，相應(yīng)生成物也越多。所以，金屬表面的吸附性能很重要，關(guān)系到催化劑的選擇性和催化效率的高低。2.在催化劑表面金屬原子的排列有三種類型，處于晶角，晶棱和晶面上三種。金屬原子的吸附性與原子的不飽和度是成正相關(guān)的，而處于晶角和晶棱上的金屬的不飽和度比晶面上的要高，另外，如果金屬出現(xiàn)晶格缺陷時(shí)，也會(huì)提高不飽和度，從而提高吸附性能。3.所以，一定程度上，金屬催化劑上金屬原子排列的越不規(guī)整，邊，角，褶皺等處的原子越多，則這種金屬催化劑的吸附性就好，其催化性能也會(huì)相應(yīng)提高。2、從表面熱力學(xué)角度出發(fā)，談?wù)劯叻稚⒔饘俅呋瘎┥?，金屬原子如何排列才能達(dá)到最佳？從表面熱力學(xué)角度講，表面自由能越低，表面就越穩(wěn)定。經(jīng)驗(yàn)的規(guī)律是：表面原子的密度和配位數(shù)越高，穩(wěn)定性越好。這可以通過(guò)減小晶粒的比表面積并且確保只有低表面自由能的表面暴露在外來(lái)實(shí)現(xiàn)。球型催化劑最穩(wěn)定，但考慮到活性的因素，金屬顆粒通常被做成削角八面體的。3.什么叫表面馳豫？什么叫表面重構(gòu)？在催化研究中如何利用這兩種過(guò)程？表面弛豫是指在降低表面自由能趨勢(shì)的作用下，表面層發(fā)生微小的重排，表面原子趨向于體相，表面晶格收縮，導(dǎo)致垂直于表面的層間距發(fā)生改變，而平行于表面層的周期性和表面對(duì)稱性不變的現(xiàn)象。其中表面結(jié)構(gòu)與體相基本相同，點(diǎn)陣參數(shù)略有差異，特別表現(xiàn)在垂直于表面質(zhì)點(diǎn)方向上。表面弛豫特點(diǎn)：a.表面原子局部調(diào)整，表面原子凹凸不平，b.表面對(duì)稱性改變，周期性差。表面重構(gòu)指在降低表面自由能趨勢(shì)的作用下，表面原子在原子尺度上發(fā)生較大移動(dòng)，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)周期性甚至于表面對(duì)稱性發(fā)生改變的現(xiàn)象，可以通過(guò)某些原子或行列的缺失，吸附外來(lái)原子與表面原子作用等方式實(shí)現(xiàn)，結(jié)果使懸掛鍵的數(shù)目減少。弛豫和重構(gòu)過(guò)程的細(xì)節(jié)了解對(duì)改善催化劑操作性能具有關(guān)鍵的作用，重構(gòu)促進(jìn)并穩(wěn)定了對(duì)催化劑的修飾，反之若重構(gòu)起破壞作用，就要設(shè)法抑制它。弛豫會(huì)使表面的對(duì)稱性降低，周期性變?nèi)?，表面原子的光滑性變差，表面原子受力不均，向體相靠近，使得結(jié)構(gòu)變化。因此，在催化研究中要通過(guò)控制弛豫和重構(gòu)的形成過(guò)程，得高活性表面結(jié)構(gòu)，從而提高催化劑性能。4、表面自由能總是正值，可靠嗎？從熱力學(xué)定律進(jìn)行分析。表面自由能恒為正。分析如下：由封閉體系熱力學(xué)公式可得：dG=-SdT+Vdp+δW’=-SdT+Vdp+γdAS，在恒溫恒壓下，可得：γ=(?G/?AS)T,P而要使材料的表面增加，例如通過(guò)粉碎材料或表面打洞，都需要外界對(duì)表面做功，即dG>0，故γ>0。所以表面自由能總為正值。另外，因?yàn)榍虚_(kāi)固體表面形成新表面必須要使原子間鍵發(fā)生斷裂，而斷鍵需要能量這就需要對(duì)系統(tǒng)做功，這就導(dǎo)致表面總處于熱力學(xué)不穩(wěn)定狀態(tài)，表面自由能為正值。不可靠，當(dāng)溫度達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)液體的表面張力趨于零，即可認(rèn)為此時(shí)液體表面自由能為零。5為什么金屬密堆積方式只有三種？他們分別是什么？比較其密堆積方式，配位數(shù)及其空間占有率，談?wù)勀銓?duì)此的理解。答：金屬密堆積的三種方式：六方緊密堆積，面心立方緊密堆積，體心立方緊密堆積。六方緊密堆積，第三層球的排列是再四面體空隙上進(jìn)行的。形成ABABA.....結(jié)構(gòu)，配位數(shù)為12，空間利用率為74.05%；面心立方緊密堆積,在由六個(gè)球圍成的八面體空隙上進(jìn)行，形成ABCABC......結(jié)構(gòu)，配位數(shù)為12，空間利用率為74.05%；立方體心堆積，位于頂點(diǎn)的八個(gè)圓球只與位于體心的圓球接觸，配位數(shù)為8，空間利用率為68.02%；之所以會(huì)形成三種密堆積的方式，是因?yàn)樵雍碗x子都具有一定的有效半徑，可以看成是具有一定大小的球體。在金屬晶體中，金屬鍵、離子鍵、范德華力沒(méi)有方向性和飽和性，晶體具有最小內(nèi)能性，原子相互結(jié)合時(shí)，相互間的引力和斥力處于平衡狀態(tài)，這就相當(dāng)于要求球體間做緊密堆。所以金屬晶體中，微?？偸勤呄蛴谙嗷ヅ湮粩?shù)高，能充分利用空間的密度大的緊密堆積結(jié)構(gòu)。從幾何角度看，金屬原子之間或者粒子之間的相互結(jié)合，在形式上可以看作是球體間的相互堆積。如果將金屬原子視為等體積的圓球，按照幾何角度密堆積只會(huì)出現(xiàn)三種堆積方式。6指出hcp,fcc和bcc金屬晶面的可能吸附位種類、對(duì)稱性及其配位數(shù)，并通過(guò)比較，指出其差異性與共同性。（1）fcc的100面：可能吸附位種類：On-topsites,Atopsites(A)Bridgingsites,betweentwoatoms(B)Hollowsites,betweenfouratoms,four-holdhollow(F)對(duì)稱性：4面對(duì)稱表面原子配位數(shù)：8fcc的110面：可能吸附位種類：On-topsites(A);Shortbridgingsitesbetweentwoatomsinasinglerow(SB);Longbridgingsitesbetweentwoatomsinadjacentrows(LB);Highercoordinationsites(inthetroughs)(T);對(duì)稱性：2面對(duì)稱表面原子配位數(shù)：7第二層原子的配位數(shù)：11fcc的111面：可能吸附位種類：On-topsites(A)Bridgingsites,betweentwoatoms(B)Hollowsites,betweenthreeatoms(T)對(duì)稱性：3面對(duì)稱表面原子配位數(shù)：9（2）hcp的0001面（與fcc的111面一樣）可能吸附位種類：On-topsites(A)Bridgingsites,betweentwoatoms(B)Hollowsites,betweenthreeatoms(T)對(duì)稱性：3面對(duì)稱表面原子配位數(shù)：9（3）bcc的100面:對(duì)稱性：4面對(duì)稱表面原子配位數(shù)：4第二層原子配位數(shù)：8bcc的110面:對(duì)稱性：2面對(duì)稱表面原子配位數(shù)：6bcc的111面:可能吸附位種類：On-topsites;Bridgingsites,betweentwoatoms;Hollowsites,betweenthreeatoms對(duì)稱性：3面對(duì)稱表面原子配位數(shù)：4第二層原子配位數(shù)：7異同比較：fcc的100面與fcc的110面有相似之處，但是110面表面原子各列之間存在間隙，存在各向異性，第二層原子裸露的更明顯，甚至可以接觸氣氣相分子；fcc的100面與bcc的100面也有相似之處，但bcc的100面表面原子縱向和橫向之間都存在間隙，排列較為松散，配位數(shù)低；fcc的110面和bcc的110差別較大，fcc的110面表面縱向原子緊靠，各列間有間隙，而bcc的110面表面原子接近于六方排列；fcc的111面與hcp的0001面完全一樣，但是與bcc的111面之間有差異，表現(xiàn)為bcc的111面第二、第三層原子清從表面清晰可見(jiàn)，可以接觸氣相分子。除了所提及的表面外，其余表面原子都是等同的，在原子尺度是相對(duì)光滑的，并且表面可以提供多種多樣的吸附位。補(bǔ)充吸附種類：六方緊密堆積—IIIB，IVB面心立方緊密堆積—IB，Ni，Pd，Pt立方體心堆積—IA，VB，VIB對(duì)稱性：六方緊密堆積：4重對(duì)稱面心立方緊密堆積：2重對(duì)稱立方體心堆積：4重對(duì)稱配位數(shù)：六方緊密堆積：12面心立方緊密堆積：12立方體心堆積：87.試比較物理吸附、化學(xué)吸附的異同點(diǎn)？如何理解物理吸附的普遍性和化學(xué)吸附的特殊性？物理吸附基于范德華力、氫鍵、靜電力，它相當(dāng)于流體中組分分子在吸附劑表面上的凝聚，可以是單分子層，也可以是多分子層，物理吸附一般速度較快且是可逆的，吸附質(zhì)分子和表面分子電子云密度均沒(méi)有變化。化學(xué)吸附，基于在固體吸附劑表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使使吸附質(zhì)和吸附劑之間以化學(xué)鍵力結(jié)合的吸附過(guò)程，因此，選擇性較強(qiáng)，化學(xué)吸附一般速度較慢，只能形成單分子層，且是不可逆的，包括電子重排，形成離子鍵或共價(jià)鍵，一般而言，較低溫度有利于物理吸附，較高溫度（有時(shí)可超過(guò)200度）有利于化學(xué)吸附物理吸附化學(xué)吸附作用力范德華力化學(xué)鍵力吸附熱低（10～40kJ/mol），接近于液化熱高（100～400kJ/mol），接近于化學(xué)反應(yīng)熱吸附方式單層或多層吸附單層吸附選擇性低高可逆自發(fā)性自發(fā)可逆過(guò)程可逆性不確定吸附溫度低于吸附質(zhì)臨界溫度高溫下（>200℃），遠(yuǎn)高于吸附質(zhì)沸點(diǎn)吸附速率快，活化能小慢，活化能大吸附壓力范圍相對(duì)壓力>0.1相對(duì)壓力低物理吸附熱與泠凝熱在一個(gè)數(shù)量級(jí)上，而化學(xué)吸附熱與反應(yīng)熱在一個(gè)數(shù)量級(jí)。適宜溫度和壓力下，所有的氣-固體系中都將發(fā)生物理吸附，而化學(xué)吸附只有當(dāng)氣體分子與吸附劑表面能形成化學(xué)鍵時(shí)才發(fā)生；物理吸附可以是單分子層也可以是多分子層，而化學(xué)吸附通常只是單分子吸附，物理吸附是化學(xué)吸附的前提，物理吸附瞬時(shí)發(fā)生而化學(xué)吸附需要達(dá)到一定的活化能后才發(fā)生，由此可以理解物理吸附的普遍性和化學(xué)吸附的特殊性。8從表面活化與催化反應(yīng)的角度，談?wù)勅绾卧谠O(shè)計(jì)催化劑時(shí)，利用化學(xué)吸附相關(guān)理論催化反應(yīng)中分子首先吸附在催化劑的活性位上，吸附分子數(shù)越多越有利于反應(yīng)，因而設(shè)計(jì)時(shí)要保證催化劑具有高的分散度，較多的活性位；所有的表面自由能為正，趨向于吸附分子來(lái)降低能量，將催化劑設(shè)計(jì)成較小的顆粒或多孔材料可增大其比表面積，有利于吸附；催化劑的孔徑要大于吸附質(zhì)的尺寸且孔徑要有適宜的分布，保證吸附質(zhì)分子能擴(kuò)散到催化劑孔道中；設(shè)計(jì)催化劑時(shí)可以加入其它一些組分如結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，誘導(dǎo)形成不同的晶面，或選擇合適的載體，通過(guò)改變活性組分與載體的相互作用改變其形狀，從而改變表面原子的配位數(shù)，提高吸附活性。9.查閱文獻(xiàn)，以實(shí)例比較吸附(Adsorption)、吸收(Absorption)的異同點(diǎn)。吸附指流體（氣體或液體）與固體多孔物質(zhì)接觸時(shí)，流體中的一種或多種分子傳遞到多孔物質(zhì)外表面和微孔內(nèi)表面并附著在這些表面上形成單分子層或多分子層的過(guò)程，能吸附的原因主要是固體表面層與氣體體相相間存在壓力差或濃度差，吸附類型主要有兩種：物理吸附和化學(xué)吸附。吸收是在一定條件下，固體可以將氣體吸收（溶解）到體相內(nèi)部，被吸收的氣體在固相中的分布是均勻的。以CO2的分離為例，說(shuō)明吸附與吸收。CO2采用特殊的固體材料作為吸附劑，通過(guò)加壓吸附過(guò)程和減壓脫附過(guò)程反復(fù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)CO2的分離回收，CO2吸收主要基于固體金屬氧化物與CO2氣體的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)分離，反應(yīng)生成的金屬碳酸鹽在高溫下重新分解為金屬氧化物和CO2，實(shí)現(xiàn)CO2的回收和吸附劑的再生。吸附與吸收雖然都能將CO2分離，但吸附的時(shí)候，CO2以分子形式附著在了吸附劑表面，而吸收時(shí)它與吸收質(zhì)分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了金屬碳酸鹽。10Langmuir單層吸附理論為何可用于化學(xué)吸附？請(qǐng)從化學(xué)吸附的特點(diǎn)出發(fā)解釋之。Langmuir吸附理論，其基本假設(shè)是：（1）單分子層吸附。氣體分子只有碰到固體表面上，才有可能被吸附，所以固體表面對(duì)氣體分子只能發(fā)生單分子曾吸附。（2）固體表面是均勻的。（3）被吸附在固體表面上的分子之間無(wú)作用力。（4）吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡?；瘜W(xué)吸附過(guò)程中，氣體分子與固體表面產(chǎn)生的化學(xué)吸附作用力是化學(xué)鍵力，而氣體分子間的作用力主要是范德華力?；瘜W(xué)鍵力比范德華力強(qiáng)，所以可以忽略被吸附分子之間的作用力。這與Langmuir理論假設(shè)“被吸附在固體表面上的分子之間無(wú)作用力”相吻合。而對(duì)于物理吸附過(guò)程，當(dāng)表面覆蓋度不是很低時(shí)，被吸附的分子間存在的作用力往往不可忽略，所以此時(shí)Langmuir理論不適用。正是基于化學(xué)吸附的特點(diǎn)跟Langmuir吸附理論假設(shè)有很多共同點(diǎn)，所以Langmuir理論可以很好的用于化學(xué)吸附。11請(qǐng)從吸附動(dòng)力學(xué)出發(fā)，推導(dǎo)Langmuir吸附方程，并指出其理想化條件和適用領(lǐng)域。答：k1及k-1分別代表吸附與解吸的速率常數(shù)，A代表氣體，θ為任一瞬時(shí)固體表面被覆蓋的分?jǐn)?shù)，稱為覆蓋率。若以N代表固體表面上具有吸附能力的總的晶格位置數(shù)，則吸附速率應(yīng)與A的壓力p及固體表面上的空位數(shù)（1-θ）N成正比，所以：吸附速率：ν吸附=k1p（1-θ）N，解析速率應(yīng)與固體表面上被覆蓋的吸附位置數(shù)成正比，所以：解吸速率：ν解吸=k-1θN，達(dá)到吸附平衡時(shí)，這兩個(gè)速率應(yīng)相等，即k1p（1-θ）N=k-1θN從上式可得到Langmuir吸附方程：式中b=k1/k-1，單位為Pa-1。Langmuir吸附方程的基本假設(shè)條件如下：（1）單分子層吸附；（2）固體表面是均勻的；（3）被吸附在固體表面上的分子相互之間無(wú)作用力；（4）吸附平衡是動(dòng)態(tài)平衡。Langmuir吸附等溫式適用與單分子層吸附，它能較好地描述Ⅰ型吸附等溫線在不同壓力范圍內(nèi)的吸附特征。對(duì)于一般的化學(xué)吸附及低壓高溫下的物理吸附，Langmuir吸附等溫式能夠較好地代表實(shí)驗(yàn)結(jié)果。12請(qǐng)比較Langmuir、Freundlich、BET、Henry、Polanyi吸附理論，并指出其優(yōu)缺點(diǎn)答：（1）Langmuir理論：基本假設(shè)是單分子層吸附，所有的吸附位是等效的，每個(gè)分子碰撞固體表面被吸附的概率是一定的，公式是，此理論適用用吸附熱變化不大，覆蓋度較小且壓力不太大的吸附過(guò)程。但是有利于分析反應(yīng)機(jī)理。（2）Freundlich理論：適用于化學(xué)吸附和物理吸附。公式θ=KfCn，V/Vm=αx1/n。此理論應(yīng)用范圍較廣，尤其是適用于中等壓力范圍。對(duì)于1/n<1的情況下，Langmuir和Freundlich的曲線形狀基本相同，可以近似描述相同的數(shù)據(jù)，有一定的通用性，缺點(diǎn)是吸附位必須有限。（3）BET理論：基本假設(shè)是在均相固體表面上多分子層吸附；公式：θ=θmKbC/(CA–C)[1+(Kb–1)(C/CA)]，BET理論可以成功解釋吸附等溫線中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種類型。適用范圍是：相對(duì)壓力P/P0在0.05-0.35的范圍內(nèi)，缺點(diǎn)是只限于在均相表面的氣體吸附。（4）Henry理論：一定溫度下，氣體在液體溶劑中的溶解度與該氣體的壓力成正比，適用于稀溶液中。（4）Polanyi理論：吸附劑對(duì)吸附質(zhì)有吸引力，距離表面越近，引力越大，吸附質(zhì)密度越大。此吸附理論可以解釋多物質(zhì)體系的液相吸附現(xiàn)象，是微孔填充理論的基礎(chǔ)。公式：13.請(qǐng)畫出O2在Ag(111)表面發(fā)生解離化學(xué)吸附過(guò)程的PE圖,并進(jìn)行解釋氧氣在Ag(111)發(fā)生解離吸附和分子吸附，PE圖如下：發(fā)生解離化學(xué)吸附的過(guò)程有兩種：一種是分子先解離成原子，再發(fā)生吸附，但能耗高，需要較高的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一種是先發(fā)生物理吸附，然后轉(zhuǎn)化成化學(xué)吸附，較易。氧氣分子的鍵能較大，其解離吸附所需的活化能較高，化學(xué)吸附中存在一個(gè)堅(jiān)固的活化能壘，因而曲線拐點(diǎn)位于零以上。解釋：當(dāng)分子距離表面較遠(yuǎn)時(shí)發(fā)生物理吸附，引力起主要作用，勢(shì)能降低至第一個(gè)最低點(diǎn)，當(dāng)分子進(jìn)一步接近表面時(shí)由于電子云互斥勢(shì)能上升，達(dá)到一定能量（即勢(shì)壘）的分子由物理吸附轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸附，勢(shì)能進(jìn)一步降低直至達(dá)到勢(shì)阱，進(jìn)一步靠近受內(nèi)層電子排斥力的作用勢(shì)能急劇上升。14查閱文獻(xiàn)，看看Fe(111)表面氧氣的化學(xué)吸附鍵合過(guò)程及其鍵合模式，分析吸附氧被活化解離的原因。Fe(111)面為bcc(111)面，存在三種吸附活性位：On-topsites，Bridgingsitesbetweentwoatoms，Hollowsitesbetweenthreeatoms，因而主要有兩種鍵和模式：一位吸附和二位吸附，開(kāi)始時(shí)主要發(fā)生二位吸附，隨著覆蓋度的增加，一位吸附逐漸占據(jù)主要地位?；罨颍篵cc(111)面具有三面暴露的特點(diǎn)，穩(wěn)定性低，F(xiàn)e是一種過(guò)渡金屬，氧氣吸附時(shí)將孤對(duì)電子提供給Fe，使其d軌道電子激發(fā)至反鍵軌道，弱化了O-O鍵，同時(shí)空出的d軌道又可與O成鍵，發(fā)生氧化作用，達(dá)到活化解離作用。15CO和N2分子同屬等電子體，請(qǐng)從電子結(jié)構(gòu)角度解釋其化學(xué)穩(wěn)定性，并分析Fe(111)表面如何通過(guò)化學(xué)吸附有效地活化它們？CO電子式為:C≡O(shè):，形成一個(gè)σ鍵，兩個(gè)π鍵，其中，C和O各提供兩個(gè)電子，形成兩個(gè)共價(jià)鍵，而O提供電子對(duì)給C形成一個(gè)配位鍵；N原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為2s22p3，即有3個(gè)成單電子和一對(duì)孤電子對(duì)，結(jié)合時(shí)形成兩個(gè)π鍵和一個(gè)σ鍵，形成的三鍵鍵能大，因而較穩(wěn)定。Fe是一種過(guò)渡金屬，吸附時(shí)CO和N2均可提供孤對(duì)電子給Fe，使其d軌道電子被激發(fā)至CO和N2的反鍵軌道，起到一定的反作用，弱化了C-O鍵和N-N鍵，同時(shí)空出的d軌道又可與吸附質(zhì)分子成鍵，從而達(dá)到活化作用。16下圖中，CO的化學(xué)吸附可形成多種表面吸附態(tài)結(jié)構(gòu)。請(qǐng)查閱文獻(xiàn)，指出其IR、TPD表征時(shí)分別對(duì)應(yīng)的特征吸收峰波數(shù)和脫附峰溫，并通過(guò)其不同的鍵合方式比較其化學(xué)吸附態(tài)的活性、穩(wěn)定性差異。Termi(al("Linear")Bridging(Termi(al("Linear")Bridging(2fsite)Bridging/3fhollowBridging/4fhollow

(allsurfaces)(allsurfaces)(fcc(111))(rare-fcc(100)?(1)(2)(3)(4)由文獻(xiàn)知，上述圖對(duì)應(yīng)IR特征峰分別為2130-2000cm-1,2000-1880cm-1,1880-1800cm-1,<1800cm-1。(1)圖示CO垂直于表面形成線式吸附，每個(gè)C對(duì)應(yīng)一個(gè)催化劑粒子中心，粒子反饋電子能力強(qiáng)，活性高，穩(wěn)定性差，在表面覆蓋度低時(shí)較多，但隨著表面覆蓋度增加逐漸減弱，；(2)為橋式吸附，C與表面兩個(gè)原子成鍵，C對(duì)應(yīng)兩個(gè)催化劑粒子中心，活性較（1）有所下降，但穩(wěn)定性增加，隨著表面覆蓋度增加逐漸加強(qiáng)，；(3)(4)圖示為多重中心吸附，僅對(duì)于少數(shù)催化劑而言，每個(gè)C與多個(gè)粒子作用，而各個(gè)粒子的狀態(tài)（能量）不同，使得反饋給C原子電子的能力減弱，活性變?nèi)?；綜上，橋式吸附相對(duì)更好，形成可能性較大。17、多相催化反應(yīng)是典型的表面化學(xué)作用過(guò)程。通常，多相催化劑往往都是一些多孔材料。在這種情況下，完成多相催化反應(yīng)，需要經(jīng)過(guò)哪些基本過(guò)程？答：完成多相催化反應(yīng)，包括以下基本過(guò)程：1.外擴(kuò)散：起始原料通過(guò)邊界層向催化劑表面的擴(kuò)散；2.內(nèi)擴(kuò)散：起始原料向孔的擴(kuò)散：3.吸附；孔內(nèi)表面的吸附；4.反應(yīng)：催化劑表面上的化學(xué)反應(yīng)；5.脫附：催化劑表面產(chǎn)物的脫附；6.內(nèi)擴(kuò)散：離開(kāi)孔產(chǎn)物的擴(kuò)散；7.外擴(kuò)散：脫離催化劑通過(guò)邊界層向氣相的產(chǎn)物擴(kuò)散18、將天然氣吸附儲(chǔ)存與吸附原理關(guān)聯(lián)，談?wù)勌烊粴馕絼┬枰邆淠男┙Y(jié)構(gòu)特性，才能表現(xiàn)出優(yōu)越的儲(chǔ)能特性？天然氣吸附劑應(yīng)具有以下特性：必須是多孔性的、具有較大吸附比表面積。用于天然氣脫水的吸附劑比表面積—般都在2000-4000m2/g，比表面積越大，其吸附容量越大。②對(duì)流體中的不同組分具有選擇性吸附作用，亦即對(duì)要脫除的組分具有較高的吸附容量。③具有較高的吸附傳質(zhì)速度，在瞬間即可達(dá)到相間平衡。④能簡(jiǎn)便而經(jīng)濟(jì)地再生，且在使用過(guò)程中能保持較高的吸附容量，使用壽命長(zhǎng)。⑤工業(yè)用的吸附劑通常是顆粒狀的。為了適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的要求，吸附劑顆粒在大小、幾何形狀等方面應(yīng)具有一定的特性。例如，顆粒大小適度而且均勻，同時(shí)具有很高的機(jī)械強(qiáng)度以防止破碎和產(chǎn)生粉塵(粉化)等。⑥具有較大的堆積密度。⑦有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及價(jià)格使宜、原料充足等。目前，在天然氣脫水中主要使用的吸附劑有活性鋁土和活性氧化鋁、硅膠及分子篩三大類。通常，應(yīng)根據(jù)工藝要求進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較后，選擇合適的吸附劑。19從吸附理論出發(fā)，查閱文獻(xiàn)，談?wù)剼淠艿膬?chǔ)存方式及其吸附儲(chǔ)氫的現(xiàn)狀，并指出你認(rèn)為最有潛力的儲(chǔ)氫方式。氫能的儲(chǔ)存方式：1、壓縮儲(chǔ)氫2、液化儲(chǔ)氫3、玻璃微球儲(chǔ)氫4、金屬氫化物儲(chǔ)氫5、吸附儲(chǔ)氫6、有機(jī)化合物儲(chǔ)氫吸附儲(chǔ)氫現(xiàn)狀：目前，用于儲(chǔ)氫的吸附劑主要有：①分子篩；②一般活性炭；③比表面積高的活性炭；④新型吸附劑。前3種為常規(guī)吸附劑的吸附儲(chǔ)氫能力以比表面積高的活性炭為最佳，一般活性炭次之。新型吸附劑為90年代初出現(xiàn)的新型復(fù)臺(tái)材料。1、常規(guī)吸附劑：活性炭吸附儲(chǔ)氫性能與儲(chǔ)氫的溫度和壓力密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，溫度越低，壓力越高，儲(chǔ)氫量越大。低溫活性炭吸附主要為物理吸附，其吸附等溫線為典型的Langmuir型曲線。比表面積高的活性炭與常規(guī)活性炭相比，其體積密度普遍較小，若同時(shí)考慮體積因素。其儲(chǔ)氫量也只比常規(guī)活性炭大。因此，在對(duì)活性炭進(jìn)行MACS處理的同時(shí)也應(yīng)采取措施，提高其體積密度。改變體積密度對(duì)儲(chǔ)氫性能的影響效果往往是表面改性的2倍。2新型吸附劑：新型吸附劑主要有復(fù)臺(tái)吸附劑、MCM-41、層柱粘土、磷鋁分子赭、碳納米管等。各國(guó)研究者正致力于納米吸附材料的研究，納米儲(chǔ)氫材料的研究正在向吸、脫附性能優(yōu)異、表面處理成本低且能大批量生產(chǎn)的方向。最有潛力的儲(chǔ)氫方式碳質(zhì)吸附儲(chǔ)氫已經(jīng)顯示出了一定的優(yōu)越性，是未來(lái)非常有潛力的氫儲(chǔ)存方式。此外,作為儲(chǔ)氫容量指標(biāo),國(guó)際能源機(jī)構(gòu)認(rèn)為必須超過(guò)5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。除鎂基合金外,其它儲(chǔ)氫合金皆不能達(dá)到此容量。然而,碳基材料的儲(chǔ)氫容量卻可以超過(guò)這一指標(biāo)。其中儲(chǔ)氫容量最大的吸附材料是碳納米管,已被證實(shí)的儲(chǔ)氫容量是10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)),但是批量生產(chǎn)碳納米管的技術(shù)尚不成熟,其昂貴的價(jià)格使其尚不具備實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值；21世紀(jì)有望大規(guī)模生產(chǎn)的碳基儲(chǔ)氫材料是超級(jí)活性炭和活性炭纖維,二者與碳納米管的儲(chǔ)氫容量相近,但成本約低10倍。因此，在高比表面積的超級(jí)活性炭上吸附儲(chǔ)氫，具有吸放氫條件溫和、儲(chǔ)氫容量較大、成本低的基本素質(zhì),展現(xiàn)出規(guī)模儲(chǔ)氫的希望。21二甲苯有三種異構(gòu)體，分別是鄰二甲苯、對(duì)二甲苯、間二甲苯。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種擇形吸附劑，對(duì)其進(jìn)行擇形吸附分離。在設(shè)計(jì)吸附劑時(shí)，應(yīng)考慮哪些問(wèn)題？答：設(shè)計(jì)的吸附劑應(yīng)該是屬于沸石分子篩系列的，首先要考慮鄰二甲苯、間二甲苯、對(duì)二甲苯的動(dòng)力學(xué)尺寸大小，然后對(duì)沸石分子篩的尺寸大小進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)吸附劑的時(shí)候，應(yīng)該考慮較高的選擇性以達(dá)到一定的分離要求；較大的吸附容量以減小用量；較好的動(dòng)力學(xué)及傳遞性質(zhì)以實(shí)現(xiàn)快速吸附；較高的化學(xué)及熱穩(wěn)定性，不溶或極難溶于待處理流體以保證吸附劑的數(shù)量和性質(zhì)；較高的硬度及機(jī)械強(qiáng)度以減小磨損和侵蝕；并且要考慮粒徑分布、比表面積、孔徑分布、孔隙率、孔容等特性。1、Whatisthemoleculargasdensityforanidealgasat300Kwhenthepressureis10-6Torr?(inmoleculesm-3)，Whatthereforewouldbethegasdensityatapressureof10-9Torr?solutions:foranidealgas,themoleculargasdensityisn=(N/V)=P/(kT)

[moleculesm-3]where:P-pressure[Nm-2]，k-Boltzmannconstant(=1.38x10-23JK-1)，T-temperature[K]

1Torr=133.32Pa，So:n=10-6x133.32/(1.38x10-23x300)=3.22x1016(moleculesm-3)AndwhenP=10-9Torr，n=10-9x133.32/(1.38x10-23x300)=3.22x1013(moleculesm-3)2、MeanFreePathofMoleculesintheGasPhaseCalculatethemeanfreepathofCOmoleculesinavesselatapressureof10-4Torrat300K.(Collisioncrosssection=0.42nm2).NowcalculatethemeanfreepathofCOmolecules,againat300K,atapressureof10-9Torr.Solutions:Wecancalculatethemeanfreepath:氣體分子的平均自由程σ-碰撞截面面積mp-壓強(qiáng)paκ-波爾茲漫常數(shù)1.38065*10-23ForP=10-4Torr,wecangetλ=1.38x10-23x300/(1.414x10-4x133.32x0.42x10-18)=0.523mAndwhenP=10-9Torrλ=1.38x10-23x300/(1.414x10-9x133.32x0.42x10-18)=5.23x104m3、

FluxesofMoleculesIncidentuponaSurfaceCalculatethefluxofmoleculesincidentuponasolidsurfaceunderthefollowingconditions:（Note：1u=1.66

×10-27kg:atomicmasses;m(O)=16

u,m(H)=1

u）（1）Oxygengas(P=1Torr)at300K（2）Oxygengas(P=10-6Torr)at300K（3）Hydrogengas(P=10-6Torr)at300K（4）Hydrogengas(P=10-6Torr)at1000K Solution:Thefulxisgivenbytheequation，1Torr=133.3Pa1u=1.66×10-27kgk=1.38×10-23JK-1（1）Inthecaseof"Oxygengas(P=1Torr)at300K"P=133.3Nm-2,m=32u=32×1.66×10-27kg=5.32×10-26kgSo，Thefluxisdirectlyproportionaltothepressure.Sointhecase"Oxygengas(P=10-6Torr)at300K",theresultis3.58×1024×10-6=3.58×1018,whichisjustadecreaseby6ordersofmagnitude.ThefluxofOxygengasandHydrogengashavetherelationship:wecangetThefluxisinverselyproportionaltothesquarerootofthegasphasetemperature,sobycomparisonwiththepreviousresult4SurfaceCoverages(1)Calculatethesurfacecoverageofatomicnitrogenobtainedbydissociativeadsorptionafterexposuretoapressureof10-8Torrofnitrogengasfor20sat300K-youmaytakethedissociativestickingprobabilityofmolecularnitrogenonthissurfacetobeconstantandequalto0.1Solution:Thefulxisgivenbytheequation1Torr=133.3Pa1u=1.66×10-27kgk=1.38×10-23JK-1Fornitrogen,P=10-8Torr=1.333*10-6Pam=28u=4.648×10-26kgSothefluxofN2:F=3.83×1016molm-2s-1Sincethestickingprobabilityisconstant(s=0.1),theCoverageθ=2×F×s×t=3.83×1016×0.1×20=15.32×1016molm-2Thesaturationcoveragewhichtakentobe6.5×1018molm-2WhenratiotheCoveragetothesaturationcoverage,wecangettheθ=15.32×1016molm-2/6.5×1018molm-2=0.024Calculatethesurfacecoverageobtainedafterexposuretoapressureof10-8TorrofCOfor200sat300K-thestickingprobabilityofCOinthiscaseshouldbetakentovarylinearlywithcoveragebetweenavalueofunityatzerocoverageandavalueofzeroatsaturationcoverage(whichyoushouldtaketobe6.5×1018moleculesm-2).Solution:N(t)isthesurfacecoverageatanytime,t.Then(Langmuirdefinition)SoIntegratethedifferentialequation:Wegettheθl=0.692So,theabsolutecoverageofCO:Coverage=0.692×6.5×1018=4.5×1018molm-2Thestandarddefineofcoverageisθ=(4.5×1018)/(1.0×1019)=0.4502.IUPAC的6類等溫線類型I表示在微孔吸附劑上的吸附情況(Langmuirisotherm)；類型II表示在大孔吸附劑上的吸附情況（吸附劑孔徑大小不一，發(fā)生多分子層吸附。在分壓接近1時(shí)，發(fā)生毛細(xì)管和孔凝現(xiàn)象），此處吸附質(zhì)與吸附劑間存在較強(qiáng)的相互作用；類型III亦表示為在大孔吸附劑上的吸附情況，但此處吸附質(zhì)分子與吸附劑表面間存在較弱的相互作用，吸附質(zhì)分子之間的相互作用對(duì)吸附等溫線有較大影響（Adsorptionheatequaltoorlessthantheheatofliquefaction）；類型IV是有著毛細(xì)凝結(jié)的單層吸附情況；類型V是有著毛細(xì)凝結(jié)的多層吸附情況(theamountadsrobedforgivenpressureisalwaysgreateronthedesorptionbranch，Hysteresisloopsaremostlywithmesoporous(介孔)solids)；類型Ⅵ多孔吸附劑發(fā)生多分子層吸附時(shí)會(huì)有這種等溫線。在比壓較高時(shí)，有毛細(xì)凝聚現(xiàn)象。（一）、界面簡(jiǎn)介1、什么是界面？什么是表面？二者有何差別？密切接觸的兩相之間的過(guò)渡區(qū)（約幾個(gè)分子的厚度）稱為界面(interface)。界面通常有液－氣、液－固、液－液、固－氣、固－液等。其中一相為氣體的界面通常稱為表面(surface)。實(shí)質(zhì)上，真正的表面是指固體與真空之間的界面，嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體和固體與其飽和蒸氣之間的界面。2、舉出你認(rèn)為最熟悉的自然界一些界面現(xiàn)象，并談?wù)勀銓?duì)界面作用過(guò)程的理解。（1）有些小蟲可以在水面上行走、有些小蟲被困在水滴中會(huì)掙扎不出來(lái)、水面上可以漂繡花針、荷葉上水珠合并等，都是自然界中有趣的界面現(xiàn)象；（2）以潤(rùn)濕為例，從宏觀講，是一種流體從固體表面置換另一種流體的過(guò)程，微觀上看，潤(rùn)濕固體的流體在置換原來(lái)在固體表面的流體后，本身與固體表面是在分子水平上接觸，它們之間無(wú)被置換相的分子，如水在光滑的玻璃表面置換空氣而完全鋪展。3、納米技術(shù)為何又稱為界面技術(shù)？表面與界面有何異同點(diǎn)？納米材料的界面特性到底有哪些？（1）①納米技術(shù)是研究結(jié)構(gòu)尺寸在0.1至100納米范圍內(nèi)材料的性質(zhì)和應(yīng)用的一種技術(shù)。②表面技術(shù)指通過(guò)對(duì)材料基體表面加涂層或改變表面形貌、化學(xué)組成、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)，達(dá)到提高材料抵御環(huán)境作用能力或賦予材料表面某種功能特性的工藝技術(shù)。③納米技術(shù)即是在界面進(jìn)行各種操作，即可稱為界面技術(shù)。（2）其中一相為氣體的界面通常稱為表面。實(shí)質(zhì)上，真正的表面是指固體與真空之間的界面，嚴(yán)格講表面應(yīng)是液體和固體與其飽和蒸氣之間的界面。（3）①不均勻性：同種材料由于制備、加工不同，會(huì)具有不同的表面性質(zhì)，而且實(shí)際晶體的晶面是不完整的，會(huì)有晶格缺陷、空位和位錯(cuò)等。②非平衡性：不同位置表面張力不同。③具有表面效應(yīng)：指納米粒子的表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑的變小而急劇增大后所引起性質(zhì)上的變化。4、當(dāng)固體顆粒粒度小到納米尺度(1～100nm)時(shí)，固體顆粒即表現(xiàn)出一些納米尺度效應(yīng)。請(qǐng)查閱文獻(xiàn)，說(shuō)明這些納米尺度效應(yīng)對(duì)固體顆粒物理、化學(xué)性能的影響，并指出如何檢測(cè)與利用這些納米尺度效應(yīng)？（1）納米尺度效應(yīng)：當(dāng)納米粒子尺寸與德布羅意波以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，對(duì)于晶體其周期性的邊界條件將被破壞，對(duì)于非晶態(tài)納米粒子其表面層附近原子密度減小，這些都會(huì)導(dǎo)致電、磁、光、聲、熱力學(xué)等性質(zhì)的變化。

（2）尺寸小了就會(huì)出現(xiàn)一些新的現(xiàn)象、新的特性。從理論層面講主要是由于尺寸變小導(dǎo)致了比表面的急劇增大。由此很好地揭示了納米材料良好的催化活性。2、表面重構(gòu)與表面反應(yīng)有何異同點(diǎn)？如何確認(rèn)某一過(guò)程屬于表面重構(gòu)，還是表面反應(yīng)？（1）表面重構(gòu)：指在降低表面自由能趨勢(shì)的作用下，表面原子在原子尺度上發(fā)生較大移動(dòng)，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)的周期性甚至于表面對(duì)稱性發(fā)生改變的現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^(guò)某些原子或行列的缺失，吸附外來(lái)原子等方式實(shí)現(xiàn)，結(jié)果使懸掛鍵的數(shù)目減少。（2）如果金屬表面的吸附質(zhì)與表面原子之間的電負(fù)性相差很大，化學(xué)親和力很強(qiáng)時(shí)，吸附結(jié)果不僅可以在金屬表面形成具有強(qiáng)吸附鍵的化學(xué)吸附態(tài)，而且有可能形成表面化合物，或者說(shuō)形成新相。4、請(qǐng)利用自己對(duì)吸附的理解，闡述吸附等溫線的物理意義，指出吸附等溫線能提供哪些表面結(jié)構(gòu)信息？為什么吸附質(zhì)可以作為了解與探測(cè)表面結(jié)構(gòu)與性能的探針？（1）在恒定溫度下，對(duì)應(yīng)一定的吸附質(zhì)壓力，固體表面上只能存在一定量的氣體吸附。通過(guò)測(cè)定一系列相對(duì)壓力下相應(yīng)的吸附量，可得到吸附等溫線。吸附等溫線是對(duì)吸附現(xiàn)象以及固體的表面與孔進(jìn)行研究的基本數(shù)據(jù)，可從中研究表面與孔的性質(zhì)，計(jì)算出比表面積與孔徑分布。（2）1．判斷吸附現(xiàn)象的本質(zhì)，如屬于分配（線性），還是吸附（非線性）2．尋找吸附劑對(duì)特定吸附質(zhì)的吸附容量3．用于計(jì)算吸附劑的孔徑、比表面等重要物理參數(shù)4、從表面化學(xué)吸附知識(shí)出發(fā)，談?wù)劧嘞啻呋瘎┰O(shè)計(jì)中如何解決催化劑表面反應(yīng)物分子的活化問(wèn)題？催化活性隨化學(xué)吸附強(qiáng)度升高出現(xiàn)一極大值，兩者的關(guān)聯(lián)曲線形狀如火山故名volcanoshapecorrelation?；瘜W(xué)吸附是多相催化反應(yīng)的必經(jīng)步驟，反應(yīng)物分子化吸在催化劑表面形成表面化物，若化吸很弱形成的表面化物不穩(wěn)定，反應(yīng)物表面覆蓋度(表面濃度)低，相應(yīng)的催化活性(表面反應(yīng)速率)也將低；若化吸很強(qiáng)表面基本被蓋滿而且形成穩(wěn)定表面化物，很難進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，相應(yīng)活性也必低，在極強(qiáng)化吸情況下反應(yīng)物充當(dāng)毒物；可見(jiàn)最高催化活性對(duì)應(yīng)于最宜(不強(qiáng)不弱)化吸強(qiáng)度?？捎帽砻婊锷蔁嶙鳛闇y(cè)量化吸強(qiáng)度之參數(shù)，如用金屬甲酸鹽生成熱近似地作為測(cè)量甲酸在該金屬的化吸強(qiáng)度之參數(shù)。二、吸附分離1、查閱文獻(xiàn)，指出正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴的擇形吸附分離原理及其吸附劑類型，并指出其擇形吸附分離的工藝流程。（1）分子篩具有空曠的骨架結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中存在著很多排列得非常整齊而有規(guī)則的孔穴，而且孔的直徑也很均勻，其大小和一般分子有相近的數(shù)量級(jí)。只有直徑比孔小的分子能進(jìn)入，直徑比孔大的分子則排斥在外。因此，沸石分子篩在吸附時(shí)具有篩分分子的作用，或者說(shuō)對(duì)分子的形狀大小具有選擇作用。利用這一性質(zhì)，分子篩可進(jìn)行選擇吸附，把物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。（2）對(duì)于正構(gòu)烷烴、異構(gòu)烷烴的擇形吸附分離來(lái)說(shuō)，正構(gòu)烷烴分子的臨界截面直徑是49nm，而其他烴類的臨界截面直徑均大于50nm，用孔徑為50nm的5A分子篩為吸附劑時(shí)，則只有正構(gòu)烷烴能進(jìn)入籠子中而被吸附，其他烴類則都被排斥在外，這樣就可把正構(gòu)烷烴和其他烴類分離開(kāi)來(lái)，這種過(guò)程工業(yè)上叫分子篩脫蠟。（3）工藝流程為：3、查閱文獻(xiàn)，指出目前用于蛋白質(zhì)吸附分離的材料，應(yīng)該具有什么樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？吸附層析，吸附劑（硅石，氧化鋁，活性炭）和吸水吸附劑，與待分離分子和雜質(zhì)分子的吸附與解析能力不同。4、查閱文獻(xiàn)，指出可用于空氣吸附分離的材料有哪些？應(yīng)該具有什么特征，主要應(yīng)用于哪些領(lǐng)域？可用于空氣吸附分離的材料主要有：沸石分子篩、碳分子篩。（1）①沸石分子篩是硅鋁酸鹽的晶體。其孔徑大小與氣體分子直徑相近,且非常均勻,它能把小于孔徑的分子吸進(jìn)孔穴內(nèi),把大于孔徑的分子擋在孔穴外,因此,它可以根據(jù)分子的大小把各種組分分離。②它在廢水處理、干燥分離、氣體分離及清潔油品等領(lǐng)域得到了十分廣泛的應(yīng)用。分子篩用于變壓吸附制氮、氧及二氧化碳。變壓吸附技術(shù)基本原理是利用氣體組分在固體材料上吸附特性的差異以及吸附量隨壓力變化而變化的特性,通過(guò)周期性的壓力變換過(guò)程實(shí)現(xiàn)氣體的分離或提純。沸石分子篩變壓吸附制氮的原理是基于非極性的O2和N2分子受到極化產(chǎn)生偶極,而O2和N2分子的誘導(dǎo)偶極與吸附劑固有的偶極具有吸附作用。在相同條件下,對(duì)N2的誘導(dǎo)力大于O2,因而沸石分子篩吸附N2的量大于O2的量。沸石分子篩變壓吸附制氧氣原理和氮?dú)庀嗤?。?）碳分子篩：空氣的變壓吸附過(guò)程是目前碳分子篩的一個(gè)主要應(yīng)用領(lǐng)域。碳分子篩上的空氣分離是基于動(dòng)力學(xué)分離的原理,利用混合物中不同組分的擴(kuò)散、吸附速率差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（3）優(yōu)良的吸附劑應(yīng)該具備：①發(fā)達(dá)的微孔孔容,保證較高的吸附量;②均一、尺寸大小適宜的微孔孔徑,保證較高的選擇性;③良好的機(jī)械性能。（六）、表面結(jié)構(gòu)分析表面測(cè)試手段：（1）加熱（升溫）：①TPD程序升溫脫附：酸堿性強(qiáng)度、量度②TPR程序升溫還原：氧化還原性③TPSR程序升溫表面反應(yīng)：④TDS熱重（2）光子①XRDX射線衍射：體相特征、體相周期②LEED低能電子衍射：結(jié)構(gòu)、體相周期③EXAFS擴(kuò)展X射線吸收譜：結(jié)構(gòu)④IR紅外吸收光譜：原子態(tài)⑤RAMAN拉曼散射譜：原子態(tài)⑥EELS電子能量損失譜：原子有電子態(tài)（3）電子能譜技術(shù)①XPSX射線光電子能譜：成分；判定組成、濃度大小、分布、成鍵特性，得到表面、亞表面的信息；元素成份分析、元素定量分析、表面污染分析、化學(xué)位移上的應(yīng)用②UPS紫外光電子能譜：分子及固體的電子態(tài)；得到價(jià)層電子結(jié)合能數(shù)據(jù)③AES俄歇電子能譜：成分；用于表面定性、定量測(cè)量④Mossbauer譜：針對(duì)鐵磁性物質(zhì)⑤EPR電子順磁共振：了解雜化軌道結(jié)構(gòu)。（4）電子顯微技術(shù)①SEM掃描電子顯微技術(shù)：形貌②TEM透射電子顯微技術(shù)：形貌③STEM掃描投射電子顯微技術(shù)：形貌④FEIM場(chǎng)發(fā)射電子顯微技術(shù)⑤AFM原子粒顯微技術(shù)：AFM的主要功能同STM一樣。一般而言，STM適于研究導(dǎo)體類樣品，而難于研究絕緣樣品；由此發(fā)展起來(lái)的AFM克服了STM的局限性，對(duì)導(dǎo)體和非導(dǎo)體樣品都適用；由于工作原理和儀器結(jié)構(gòu)不同，AFM分辨本領(lǐng)要略低于STM，且靈敏度和穩(wěn)定性均不如STM。⑥STM隧道掃描電子顯微技術(shù)：得到更精細(xì)的表面形貌；在原子級(jí)水平上分析表面形貌和電子態(tài)，后者包括表面能級(jí)性質(zhì)、表面態(tài)密分布、表面電荷密度分布和能量分布；高分子形態(tài)、納米結(jié)構(gòu)、鏈堆砌和構(gòu)象等。（5）離子譜：SIMS、IonScattering、RBS、LEIS（6）中子譜：SNMS、NeutronScattering1、試說(shuō)明SEM、TEM、AFM、STM在界面材料研究中的作用，為什么它們是納米技術(shù)研究不可缺少的測(cè)試手段？（1）①SEM掃描電子顯微技術(shù)：形貌②TEM透射電子顯微技術(shù)：形貌⑤AF