Tiểu luận môn động học xúc tác phương pháp nhiễu xạ tia x trong nghiên cứu đặc trưng xúc tác

Phương pháp nhiễu xạ tia X trong
nghiên cứu đặc trưng xúc tác
∗ Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Huyền
∗ Sinh viên thực hiện :
1. Vũ Đức Huy
2. Lê Thành Trung
3. Nguyễn Đăng Hùng
4. Vũ Minh Đông


Phương pháp XRD trong
nghiên cứu đặc trưng xúc tác
1.
2.
3.
4.
5.

Khái quát về cấu trúc của tinh thể.
Tia X và định luật Bragg.
Phương pháp phân tích bằng tia X
Ứng dụng trong nghiên cứu xúc tác.
Tổng kết.
Nhà vật lý W.H Bragg


1.Tìm hiểu cơ bản về cấu trúc của tinh thể
d3

c
β

a

α
γ

b

d1
d2
Các tinh thể được tạo thành bởi các mặt phẳng nguyên tử cách
nhau một khoảng d1, d2, d3 tùy vào định hướng của chúng.
Các chiều dài a,b,c và các góc α, β, γ giữa chúng là các hằng số của
mạng lưới và có thể được xác định bằng phương pháp XRD


7 cấu trúc tinh thể thường gặp:


Khoảng cách d trong khối lập phương đơn giản
và chỉ số Miller:

100

110

111

012

2. Tia X và định luật Bragg
Tia x là loại sóng điện từ có bước sóng ngắn hơn bước sóng của tia tử ngoại cỡ
10^-12m đến10^-9 m.
Tia X được tạo bằng ống phát tia rơn-ghen
Nhiễu xạ là đặc tính chung của sóng bị thay đổi khi tương tác với vật chất và là sự
giao thoa tăng cường của nhiều hơn 1 sóng tán xạ

Mô hình cơ bản về phương pháp nhiễu xạ tia X


Định luật Bragg

l

Định luật Bragg : n λ =2dsin(θ)

Chứng minh

Giao thoa cộng hưởng chỉ xảy ra
khi:
n λ= AB + BC
AB= BC
n λ = 2AB
sin(θ) = AB/d
AB= d sin(θ)
Vậy: n λ =2dsin(θ)


3. Phương pháp phân tích vật liệu bằng tia X

Nhiễu xạ tia X

Phân tích cấu
trúc rắn, vật
liệu…

Huỳnh quang tia X

Xác định hàm lượng
nguyên tố có trong mẫu


Các phương pháp nhiễu xạ
 Phương pháp Laue
 Phương pháp đơn tinh thể quay
 Phương pháp nhiễu xạ bột


Phương pháp LAUE
Giữ nguyên góc tới của tia X đến tinh thể và thay đổi bước sóng của
chùm tia X
Chùm tia X hẹp và không đơn sắc được dọi lên mẫu đơn tinh thể
cố định
Ảnh nhiễu xạ
gồm một loạt
các vết đặc
trưng cho
tính đối xứng
của tinh thể

Phương pháp đơn tinh thể quay
• Giữ nguyên bước sóng và thay đổi góc tới.
- Phim được đặt vào
mặt trong của
buồng hình trụ cố
định.
- Mẫu đơn tinh thể
được gắn trên
thanh quay đồng
trục với buồng


∗ Chùm tia X đơn sắc tới sẽ bị nhiễu xạ trên 1 họ mặt phẳng
nguyên tử của tinh thể với khoảng cách giữa các mặt là d khi
trong quá trình quay xuất hiện những giá trị thỏa mãn điều
kiện Bragg
∗ Tất cả các mặt phẳng nguyên tử song song với trục quay sẽ
tạo lên các vết nhiễu xạ trong mặt phẳng nằm ngang


Phương pháp nhiễu xạ bột
- Sử dụng với các mẫu là đa tinh thể
- Sử dụng một
chùm tia X song
song hẹp, đơn
sắc, chiếu vào
mẫu

- Quay mẫu và quay đầu thu chùm nhiễu

xạ trên đường tròn đồng tâm
Phổ nhiễu xạ sẽ là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu xạ
vào 2 lần góc nhiễu xạ (2θ).


- Đối với các mẫu màng
mỏng, cách thức thực
hiện có một chút khác,
người ta chiếu tia X tới
dưới góc rất hẹp (để
tăng chiều dài tia X
tương tác với màng
mỏng), giữ cố định mẫu
và chỉ quay đầu thu.

Phương pháp nhiễu xạ bột cho phép xác định thành phần pha, tỷ
phần pha, cấu trúc tinh thể (các tham số mạng tinh thể) và rất dễ
thực hiện...


PIC nhiễu xạ thu được và cách xử lý

Sử dụng các công thức:
n λ =2dsin(θ)

d=1.54Å/2sin(θ)

Từ đó có thể tính toán
được các thông số đặc
trưng cho vật liệu tinh

thể cần xác định


4.ỨNG DỤNG

Máy nhiễu xạ tia X dùng để phân tích cấu trúc
tinh thể rất nhanh chóng và chính xác, ứng dụng
nhiều trong việc phân tích các mẫu chất, sử dụng
trong nghiên cứu, trong công nghiệp vật liệu, trong
ngành vật lí, hóa học và trong các lĩnh vực khác.


Áp dụng cho một số vật liệu xúc tác
a. Xác định pha

Xác định pha tinh thể từ giản đồ nhiễu xạ
tia X của boehmite (aluminium
oxide hydroxide )
Qua giản đồ XRD ta thấy mẫu Boehmite
thu được xuất hiện các pic đặc trưng của
boehmite tại các góc 2θ bằng 14,4 ; 28,2;
38,4; 49,2…. Các pic cao, rõ ràng, đường
nền phẳng cho thấy boehmite thu được có
độ tinh khiết cao, hàm lượng tinh thể cao.


b. Định hướng quá trình tổng hợp xúc tác
Quá trình tổng hợp xúc tác mới cần có sự so
sánh với các tiêu chuẩn có sẵn, từ đó cho thấy
hướng tổng là đúng hay sai???

Theo Kresge và các cộng sự, vật liệu có pic đặc
trưng ở góc 2θ = 2,1 sẽ có cấu trúc mao quản
trung bình. Trong giản đồ xuất hiện 1 pic có
cường độ mạnh ở góc 2θ =2,1 và 2 pic ở góc 2θ
= 3,8 và 2θ = 4,4 tương ứng đặc trưng cho các
mặt phản xạ (100), (110) và (200) của cấu trúc
mao quản trung bình dạng hexagonal.

Vì vậy phương pháp XRD là rất quan trọng trong nghiên cứu và
tổng hợp xúc tác dị thể


Ưu điểm
ƯU, NHƯỢC
ĐIỂM

∗ Tiến hành đo trong môi trường bình thường
∗ Chụp nhanh, chụp rõ nét (dựa trên một loại detector hiện
đại có thể đếm tới 1 photon mà không có nhiễu và một thuật
toán có thể phục hồi lại cả ảnh của mẫu.)
∗ Chụp được cấu trúc bên trong cho hình ảnh 3D và có thể
chụp các linh kiện kích cỡ dưới 50 nm, cấu trúc nhiều lớp.
∗ Rẻ tiền.


∗Cảm ơn cô và các bạn đã
lắng nghe