稀土铈基催化材料氧空位的表征方法综述

发布时间：2021-03-18 11:54

　　氧空位（oxygen vacancy, Ov）是金属氧化物缺陷的一种,在多相催化、储能材料、能源化工等众多领域都发挥着重要的作用,因而关于其在理论和实验方面的研究都得到了广泛关注。以稀土CeO₂这一广泛应用于能源、环境等领域的催化材料为例,简单归纳了一些氧空位检测的常用表征方法,包括拉曼（Raman）、电子顺磁共振（EPR）、正电子湮没能谱（PALS）、固体核磁（ss-NMR）、X射线光电子能谱（XPS）和扫描隧道显微镜（STM）等,同时对各种表征方法的结果分析进行了举例说明。在此基础上,对氧空位表征技术未来的发展方向提出了一些看法。希望可以对稀土铈基催化材料缺陷相关的表征及研究提供支持。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(08)北大核心

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

离子掺杂后CeO2的晶体结构图

CeO2的拉曼谱图一般包括5个信号峰，从左到右分别归属为二级横向声子振动(2TA)、F2g对称振动、缺陷诱导振动(D)、表面吸附O2-振动和二级纵向光子振动(2LO)。其中，598和1174 cm-1处的振动峰一般认为与CeO2萤石结构中的氧空位或阴离子缺陷相关。828 cm-1处的表面吸附O2-离子信号峰的出现也表明氧空位的存在。所以说，拉曼光谱是一种表征催化剂表面氧空位的有效表征手段。除了定性表征外，利用ID/IF2g或（ID+I2LO）/IF2g可以对氧空位浓度进行定量表征。本课题组在这方面做了很多工作[36-37]。研究发现，以Ce(NO3)3·6H2O为前体水热法制备的CeO2(0.16或0.11)要比以(NH4)2Ce(NO3)6,Ce(SO4)2为前体以及Ce(NO3)4·6H2O热分解制备的样品具备更高的氧空位浓度（图2）。2.1.1 紫外-可见拉曼光谱

Luo等[40]采用325、514、633和785 nm等不同波长拉曼光源对Ce1-xPrxO2-δ复合氧化物进行表征，观察到CeO2的F2g拉曼峰(465 cm-1)和氧空位拉曼峰(570 cm-1)，得到氧空位浓度(I570/I465)与组成的关系。发现随着掺杂量的增加，氧空位浓度逐渐增加，没有出现缺位间的缔和现象。而随着激发光波长的增加，氧空位浓度观测值逐渐减小，这是因为当样品对拉曼激发光吸收较强时，只有样品表面的散射光能从吸收中逃逸出来，所获得的是样品表面区的信息；当样品对拉曼激发光的吸收较弱时，样品体相的散射光也能够逃逸出来，所获得的是样品体相和表面信息之和[41-42]。也就是说，随着激发光波长的增加，拉曼光谱所获得的信息从表层到体相转移。由于Pr在表层富集，表层有更多的氧空位，从而导致氧空位浓度观测值逐渐减小。因此,激发光波长越短，其采样深度越浅，所获得的信息越表层，氧空位浓度就越高。2.1.2 原位拉曼光谱

【参考文献】：
期刊论文
[1]固相浸渍法制备NiO/CeO2催化剂及其在CO氧化反应中的应用[J]. 孙敬方,葛成艳,姚小江,曹原,张雷,汤常金,董林.  物理化学学报. 2013(11)



本文编号：3088272