光子有没有动能_多孔催化剂内电子偶素的湮没机制研究

  本文关键词：电子偶素，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：自1951年Deutsch发现电子偶素(Ps)以来,众多研究人员对Ps的形成和湮没提出了很多理论模型并利用Ps作出了大量工作。但是,Ps的形成和湮没是一个受到多种因素影响的复杂的物理过程,到目前为止我们还没完全理解Ps的形成和湮没机制。这是正电子物理的一个基本问题,有必要继续努力将这一问题逐步解决。 多孔催化剂是将活性成分分散到多孔载体表面的多相系统。多孔载体内部含有大量纳米尺度的孔洞,因此在多孔型载体内Ps不但形成概率很高而且寿命很长。分散在多孔载体表面的活性成分不但会影响Ps的形成,还会与扩散到孔洞内的Ps发生相互作用影响Ps的湮没。Ps在孔洞内的湮没与孔洞结构、孔洞内的气体以及孔洞表面的化学环境紧密相关。因此,多孔催化剂是研究Ps形成和湮没机制较为合适的介质。目前为止,研究多孔型催化剂内Ps形成和湮没的工作很少,少有的研究也不够深入。 本文中,测量了五组催化剂的正电子湮没寿命(PAL)谱和符合多普勒展宽(CDB)谱,研究了这些催化剂内Ps的形成和湮没机制。为了深入研究Ps的湮没机制,用X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和电子自旋共振(ESR)等实验手段研究了催化剂的微观结构。主要的研究内容和结论如下： 1.研究了固相反应法制备的NiO/Al2O3催化剂内Ps的产生和湮没。对NiO/Al2O3催化剂的PAL谱进行分析得到了两个长寿命和两个短寿命分量,两个长寿命分量τ3和τ4分别对应着正-电子偶素(o-Ps)在微孔洞和大孔洞中的湮没。随着NiO含量的增加,寿命τ4和强度I4显著下降,τ3和强度I3小幅上升。由PAL得到的o-Ps强度(I4与I3之和)随着NiO含量的增加逐渐下降。同时,由多普勒展宽得到的S参数却随NiO含量的增加而逐渐上升。由CDB多高斯拟合得到的仲-电子偶素(p-Ps)强度,也随着NiO含量的增加而逐渐上升。o-Ps和p-Ps强度的变化表明,NiO/Al2O3催化剂内Ps原子发生了自旋转换。随着NiO含量的增加,p-Ps的半高宽(FWHM)逐渐变小,这显然是由o-Ps自旋转换形成的p-Ps引起的。与原生态p-Ps相比,自旋转换得到的p-Ps的寿命长很多,在湮没前会经历更多的碰撞损失更多的能量,因此湮没时的动量更低。自旋转换得到的p-Ps的寿命分布使τ3和I3小幅上升。ESR测量揭示,固相反应法制备的NiO/Al2O3催化剂内Ps的自旋转换是由NiO顺磁中心的未配对电子引起的。 2.利用Ps的自旋转换效应,研究了浸渍法制备的NiO/Al2O3催化剂内NiO的单层分散过程。由XRD谱线计算可知,浸渍型NiO/Al2O3催化剂中NiO的单层分散量约为9wt%,当NiO含量小于9wt%时NiO呈单层分布,当NiO含量大于9wt%时超过单层分散的部分以晶态形式存在。随着NiO含量的增加,当NiO含量小于单层分散量时,τ4和I4出现大幅下降,而当NiO含量大于单层分散量后,τ4和I4缓慢下降。在上述两个阶段,由PAL得到的o-Ps强度同样先迅速下降后缓慢下降,而τ3和强度I3则表现出先上升后下降的趋势。同时,由CDB多高斯拟合得到的仲-电子偶素(p-Ps)强度先上升(NiO含量小于单层分散量)后下降(NiO含量大于单层分散量)。这表明,NiO单层分散时NiO/Al2O3催化剂内Ps出现了较强的自旋转换效应,单层分散的NiO对Ps形成的禁止效应并不明显。当NiO含量超过单层分散量时,Ps的自旋转换逐渐减弱,晶态NiO对Ps形成有明显的禁止效应。由NiO引起的Ps的自旋转换和Ps形成的禁止效应正是引起T3和I3变化的原因。 3.研究了固相反应法制备的Fe2O3/Al2O3、CuO/Al2O3和Cr2O3/Al2O3催化剂内Ps的形成和湮没机制。随着活性成分质量含量的增加,这三组样品的PAL谱的τ1、τ2和τ3均保持不变,而τ4和I4大幅下降,I3不变。PAL得到的o-Ps强度随活性成分Fe2O3、CuO和Cr203含量的增加而下降,而由CDB得到的S参数和多高斯拟合CDB得到的p-Ps强度也随活性成分含量的增加而下降,这表明,在这三种催化剂内Ps的猝灭不是由自旋转换引起的,而是源于Ps的化学反应。这三组样品的大孔洞中的o-Ps湮没率k(τ4的倒数)随活性成分Fe2O3、CuO和Cr2O3含量的增加有很好的线性关系,这表明多孔催化剂内o-Ps的化学猝灭程度与催化剂内的活性成分负载量成正比。另外,o-Ps和p-Ps强度下降表明活性成分Fe2O3、CuO和Cr2O3对Ps的形成有抑制作用。

  本文关键词：电子偶素，由笔耕文化传播整理发布。