第二部分紅外與拉曼光譜法

1、第二部分第二部分 紅外與激光拉曼光譜紅外與激光拉曼光譜 紅外與拉曼光譜均屬于分子振動光譜紅外與拉曼光譜均屬于分子振動光譜，是研究物質(zhì)分子結(jié)，是研究物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的兩種重要譜學(xué)技術(shù)，在催化研究領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。構(gòu)的兩種重要譜學(xué)技術(shù)，在催化研究領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。紅外光譜技術(shù)從紅外光譜技術(shù)從1930年開始應(yīng)用于催化研究。由吸附分子年開始應(yīng)用于催化研究。由吸附分子的紅外光譜，可以給出表面吸附物種的結(jié)構(gòu)信息。同原位的紅外光譜，可以給出表面吸附物種的結(jié)構(gòu)信息。同原位XRD、電鏡、熱分析技術(shù)相結(jié)合，可研究催化劑的相變、電鏡、熱分析技術(shù)相結(jié)合，可研究催化劑的相變、相組成結(jié)構(gòu)的變化及表面官能團的變化。相組成結(jié)構(gòu)的

2、變化及表面官能團的變化。19281928年，印度物理學(xué)家年，印度物理學(xué)家C.V.Raman首次發(fā)現(xiàn)首次發(fā)現(xiàn)RamanRaman散射效應(yīng)，散射效應(yīng)，19301930年獲諾貝爾獎。年獲諾貝爾獎。19601960年后，隨激光的發(fā)現(xiàn)，以及新型檢測器的研年后，隨激光的發(fā)現(xiàn)，以及新型檢測器的研制成功，拉曼光譜技術(shù)獲得快速發(fā)展。制成功，拉曼光譜技術(shù)獲得快速發(fā)展。Raman光譜與光譜與IR互為補充，在吸附物種、催化劑表征、催化互為補充，在吸附物種、催化劑表征、催化反應(yīng)機理的研究等方面是應(yīng)用最為廣泛的譜學(xué)表征方法。反應(yīng)機理的研究等方面是應(yīng)用最為廣泛的譜學(xué)表征方法。第一節(jié)第一節(jié) 激光拉曼光譜原理激光拉曼光譜原理一

3、、光的散射一、光的散射光散射是自然界常見的現(xiàn)象光散射是自然界常見的現(xiàn)象. .當(dāng)一束光照射介質(zhì)時當(dāng)一束光照射介質(zhì)時, ,除被吸收之外除被吸收之外, ,大部分被反射或透過大部分被反射或透過, ,另一部分光被介質(zhì)向四面八方散射另一部分光被介質(zhì)向四面八方散射. .在在散射光散射光中中, ,大部分是大部分是瑞利散射瑞利散射, ,小部分是小部分是拉曼散射拉曼散射. .瑞利瑞利散射散射: : 彈性碰撞；無能量交換，僅改變方向彈性碰撞；無能量交換，僅改變方向；頻率不發(fā)生改變頻率不發(fā)生改變的輻射散射的輻射散射(u=u(u=u0 0) )；強度與；強度與l l0 0的四次方成反比的四次方成反比拉曼拉曼散射：散射：

4、非彈性碰撞；方向改變且有能量交換非彈性碰撞；方向改變且有能量交換；頻率發(fā)生改變的輻射散射頻率發(fā)生改變的輻射散射(u=u(u=u0 0 u u) )二、拉曼散射的產(chǎn)生二、拉曼散射的產(chǎn)生h 受激受激虛態(tài)虛態(tài)h 0 0振動振動激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)h 0 0h 0 0h 0 0h( 0+ ) )h( 0- ) )h 0 0h 0 0Stokes線線 0- 0+ 0Anti-stokes線線Rayleigh線線分子的散射能級圖分子的散射能級圖樣品分子中的電子首先被一樣品分子中的電子首先被一個頻率為個頻率為 0 0的光子激發(fā)至的光子激發(fā)至受受激虛態(tài)激虛態(tài)( (準(zhǔn)激發(fā)態(tài)準(zhǔn)激發(fā)態(tài), ,不穩(wěn)定不穩(wěn)定),),當(dāng)電

5、子從虛態(tài)躍遷回基態(tài)時當(dāng)電子從虛態(tài)躍遷回基態(tài)時,將發(fā)射頻率為將發(fā)射頻率為 的的光子光子. 瑞利散射：瑞利散射：光子與分子間無能量交換光子與分子間無能量交換瑞利線瑞利線 = 0 0拉曼散射：拉曼散射：分子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)分子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài) 斯托克斯線斯托克斯線 = 0- 分子由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)分子由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài) 反斯托克斯線反斯托克斯線 = 0+ 拉曼位移拉曼位移分子在光電場分子在光電場E中中, 產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩即感應(yīng)偶極矩產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩即感應(yīng)偶極矩 = E 為極化率為極化率在分子振動過程中在分子振動過程中, , 若其誘導(dǎo)偶極矩發(fā)生變化若其誘導(dǎo)偶極矩發(fā)生變化, , 則分子會則分子會與入射光

6、子進行能量交換與入射光子進行能量交換, , 產(chǎn)生拉曼光譜。產(chǎn)生拉曼光譜。拉曼光譜的產(chǎn)生源于分子振動過程中誘導(dǎo)偶極矩的變化拉曼光譜的產(chǎn)生源于分子振動過程中誘導(dǎo)偶極矩的變化 是衡量分子在電場作用下發(fā)生極化的難易程度是衡量分子在電場作用下發(fā)生極化的難易程度 分子中兩原子距離最大時，分子中兩原子距離最大時， 也最大也最大 只有只有引起極化率變化的分子振動才產(chǎn)生拉曼散射引起極化率變化的分子振動才產(chǎn)生拉曼散射(光譜選律光譜選律) 拉曼散射強度與極化率成正比例關(guān)系拉曼散射強度與極化率成正比例關(guān)系從光的波動性分析拉曼散射的產(chǎn)生：從光的波動性分析拉曼散射的產(chǎn)生：三、拉曼光譜圖與拉曼位移三、拉曼光譜圖與拉曼位移四

7、氯化碳的部分拉曼光譜圖四氯化碳的部分拉曼光譜圖 激光器輻射波長激光器輻射波長l l0 = 488 nm 瑞利線強度最大瑞利線強度最大, , = 0 = 0 斯托克斯線和反斯托克斯線斯托克斯線和反斯托克斯線對應(yīng)，完全對稱地分布于瑞利對應(yīng)，完全對稱地分布于瑞利線兩側(cè)。線兩側(cè)。 反斯托克斯線比斯托克斯線反斯托克斯線比斯托克斯線弱得多弱得多, ,一般記錄的拉曼光譜只一般記錄的拉曼光譜只取斯托克斯線取斯托克斯線, ,且略去負(fù)號且略去負(fù)號. .拉曼光譜圖拉曼光譜圖以散射強度為縱以散射強度為縱標(biāo)，標(biāo)，拉曼位移為橫標(biāo)，瑞利線拉曼位移為橫標(biāo)，瑞利線位置為零點。一幅完整的拉曼位置為零點。一幅完整的拉曼光譜包括瑞利

8、線，斯托克斯線光譜包括瑞利線，斯托克斯線，反斯托克斯線，反斯托克斯線。 表征分子振表征分子振-轉(zhuǎn)能級的特征物理量轉(zhuǎn)能級的特征物理量 對不同物質(zhì)：對不同物質(zhì)： 不同不同 對同一物質(zhì)：對同一物質(zhì)： 與入射光頻率無關(guān)與入射光頻率無關(guān)拉曼位移拉曼位移 (Raman shift) 散射光頻率與激發(fā)光頻率之差：散射光頻率與激發(fā)光頻率之差： = | 0 s|受激受激虛態(tài)虛態(tài)h 0 0振動振動激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)h 0 0h 0 0h 0 0h( 0+ ) )h( 0- ) )h 0 0h 0 0拉曼位移是拉拉曼位移是拉曼光譜法進行曼光譜法進行結(jié)構(gòu)與定性分結(jié)構(gòu)與定性分析的依據(jù)析的依據(jù)h 第二節(jié)第二節(jié) 拉曼光譜

9、與紅外光譜的比較拉曼光譜與紅外光譜的比較拉曼光譜與紅外光譜均起源于分子的振動和轉(zhuǎn)動。但拉曼光譜與紅外光譜均起源于分子的振動和轉(zhuǎn)動。但產(chǎn)生兩種產(chǎn)生兩種光譜的機理有本質(zhì)的區(qū)別光譜的機理有本質(zhì)的區(qū)別。紅外光譜是分子對紅外光源的吸收。紅外光譜是分子對紅外光源的吸收所產(chǎn)生的光譜，拉曼光譜是分子對可見光（在所產(chǎn)生的光譜，拉曼光譜是分子對可見光（在FT-Raman中可中可選用近紅外光）的散射所產(chǎn)生的光譜。選用近紅外光）的散射所產(chǎn)生的光譜。拉曼拉曼散射散射h 0h( 0 + )h( 0 - )受激受激虛態(tài)虛態(tài) h 入射入射散射散射E0E1h 紅外吸收紅外吸收同一振動模的拉曼位移和紅外吸同一振動模的拉曼位移和紅

10、外吸收光譜的頻率是一致的。收光譜的頻率是一致的。用相對用相對于瑞利線的位移表示的拉曼光譜于瑞利線的位移表示的拉曼光譜波數(shù)與紅外光譜的波數(shù)相一致。波數(shù)與紅外光譜的波數(shù)相一致。同同屬分子振(轉(zhuǎn))動光譜異：紅外分子對紅外光的吸收強度由分子偶極距決定異：拉曼分子對激光的散射強度由分子極化率決定紅外：適用于研究不同原子的極性鍵振動 OH, CO，CX拉曼：適用于研究同原子的非極性鍵振動 NN, CC， CC互補拉曼光譜與紅外光譜拉曼光譜與紅外光譜 紅外活性振動紅外活性振動：伴有伴有偶極矩變化的振動偶極矩變化的振動 拉曼活性振動拉曼活性振動：伴隨有極化率變化的振動伴隨有極化率變化的振動 對稱分子：對稱分子

11、： 對稱振動對稱振動拉曼活性。拉曼活性。 不對稱振動不對稱振動紅外活性紅外活性 拉曼光譜與紅外光譜拉曼光譜與紅外光譜互排法則：有對稱中心的分子其分子振動 對紅外和拉曼之一有活性，則另一非活性互允法則：無對稱中心的分子其分子振動 對紅外和拉曼都是活性的。拉曼光譜與紅外光譜拉曼光譜與紅外光譜O=C=O對稱伸縮O=C=O反對稱伸縮偶極距不變無紅外活性極化率變有拉曼活性極化率不變無拉曼活性偶極距變有紅外活性 對稱中心分子對稱中心分子CO2，CS2等，選律不相容。等，選律不相容。 無對稱中心分子（例如無對稱中心分子（例如SO2等），三種振動既是紅外活等），三種振動既是紅外活性振動，又是拉曼活性振動。性振

12、動，又是拉曼活性振動。SCSSCSSCS 1 2 3 4拉曼活性拉曼活性紅外活性紅外活性紅外活性紅外活性線型分子線型分子CS2振動自由度：振動自由度：3N- 5 = 4拉曼光譜拉曼光譜源于極化率變化源于極化率變化紅外光譜紅外光譜源于偶極矩變化源于偶極矩變化;拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較拉曼光譜與紅外光譜分析方法比較拉曼光譜拉曼光譜紅外光譜紅外光譜光譜范圍光譜范圍404000cm-1光譜范圍光譜范圍4004000cm-1水可作為溶劑水可作為溶劑水不能作為溶劑水不能作為溶劑樣品可盛于玻璃瓶、毛細(xì)樣品可盛于玻璃瓶、毛細(xì)管等容器中直接測定管等容器中直接測定不能用玻璃容器測定不能用玻璃容器測定固體樣品

13、可直接測定固體樣品可直接測定需要研磨制成需要研磨制成KBr壓片壓片與樣品的透光率無關(guān)與樣品的透光率無關(guān)大多數(shù)氧化物在低于大多數(shù)氧化物在低于1000cm-1處處不透明，故透射光譜難以獲得這不透明，故透射光譜難以獲得這一波數(shù)以下的信息一波數(shù)以下的信息激光拉曼光譜儀的基本構(gòu)造激光拉曼光譜儀的基本構(gòu)造發(fā)射發(fā)射透鏡透鏡收集收集透鏡透鏡第三節(jié)第三節(jié) 其它類型的拉曼光譜法其它類型的拉曼光譜法一、一、共振拉曼散射共振拉曼散射正常的拉曼散射是樣品分子中的電子首正常的拉曼散射是樣品分子中的電子首先被一個入射光子激發(fā)至先被一個入射光子激發(fā)至“虛態(tài)虛態(tài)”，再，再由由“虛態(tài)虛態(tài)”躍遷回基態(tài)或振動激發(fā)態(tài)而躍遷回基態(tài)或振動

14、激發(fā)態(tài)而發(fā)射出光子。發(fā)射出光子。若入射激發(fā)頻率若入射激發(fā)頻率 0 0非常接近或與分子非常接近或與分子中的一個電子吸收帶重合時，與中的一個電子吸收帶重合時，與“虛虛態(tài)態(tài)”情況相比，由于其在電子激發(fā)態(tài)情況相比，由于其在電子激發(fā)態(tài)停留的時間明顯延長，致使拉曼躍遷停留的時間明顯延長，致使拉曼躍遷的幾率大大增加，從而引起某一個或的幾率大大增加，從而引起某一個或幾個特定的拉曼譜帶強度急劇增加，幾個特定的拉曼譜帶強度急劇增加，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為共振拉曼效應(yīng)共振拉曼效應(yīng)（RR）。紫外拉曼光譜有以下幾個優(yōu)勢：紫外拉曼光譜有以下幾個優(yōu)勢： 由于熒光主要出現(xiàn)在可見區(qū)，將激發(fā)波由于熒光主要出現(xiàn)在可見區(qū)，將激發(fā)波

15、長向紫外波段移可以有效地避開熒光；長向紫外波段移可以有效地避開熒光； 由于光散射強度與波長的四次方由于光散射強度與波長的四次方成反比，將激發(fā)波長向紫外區(qū)移可以提高靈敏度；成反比，將激發(fā)波長向紫外區(qū)移可以提高靈敏度； 很多化合物的電子吸很多化合物的電子吸收帶在紫外區(qū)，因此可以進行紫外共振拉曼光譜，使儀器靈敏度提高幾個收帶在紫外區(qū)，因此可以進行紫外共振拉曼光譜，使儀器靈敏度提高幾個數(shù)量級。數(shù)量級。 共振拉曼光譜具有高靈敏特性共振拉曼光譜具有高靈敏特性（譜帶強度可達正常拉曼光譜（譜帶強度可達正常拉曼光譜的百萬倍），的百萬倍），且比正常拉曼譜簡單得多，且比正常拉曼譜簡單得多，因為只有與電子躍遷相因為只

16、有與電子躍遷相關(guān)的振動模式才有增強。關(guān)的振動模式才有增強。 目前，共振拉曼光譜已成為研究和檢測有機、無機化合物、目前，共振拉曼光譜已成為研究和檢測有機、無機化合物、離子生物大分子，甚至活體組成的有力工具。離子生物大分子，甚至活體組成的有力工具。二、二、紫外拉曼光譜紫外拉曼光譜李燦院士課題組研制成功我國第一臺用于催化研究的紫外激光拉曼光譜儀。將紫外拉曼光譜應(yīng)用在過渡金屬雜原子分子篩、擔(dān)載型高分散過渡金屬氧化物催化劑、金屬氧化物相變、催化劑表面積炭失活以及固體氧化物超強酸體系等多個催化和材料的研究領(lǐng)域中取得重要進展。三、三、表面增強拉曼散射（表面增強拉曼散射（SERS）SERS：當(dāng)一些分子吸附在某

17、些金屬（如金、銀、銅）的粗當(dāng)一些分子吸附在某些金屬（如金、銀、銅）的粗糙表面或這些金屬的膠態(tài)粒子上，再按普通方法獲得拉曼糙表面或這些金屬的膠態(tài)粒子上，再按普通方法獲得拉曼光譜，被吸附分子的拉曼信號可增強光譜，被吸附分子的拉曼信號可增強10103 3-10-106 6倍。倍。產(chǎn)生機理：產(chǎn)生機理：電磁增強模型和化學(xué)增強模型，前者認(rèn)為電磁增強模型和化學(xué)增強模型，前者認(rèn)為SERS源于金屬表面局部電場的增強，后者認(rèn)為源于金屬表面局部電場的增強，后者認(rèn)為SERSSERS與分子的極與分子的極化率改變有關(guān)?；矢淖冇嘘P(guān)。 應(yīng)用：應(yīng)用：許多吸附分子能產(chǎn)生許多吸附分子能產(chǎn)生SERSSERS。該技術(shù)是研究與界面吸。

18、該技術(shù)是研究與界面吸附分子有關(guān)的現(xiàn)象，包括吸附分子取向、表面反應(yīng)、共吸附分子有關(guān)的現(xiàn)象，包括吸附分子取向、表面反應(yīng)、共吸附等強有力的工具。附等強有力的工具。第四節(jié)第四節(jié) 紅外和拉曼光譜在催化紅外和拉曼光譜在催化 研究中的應(yīng)用研究中的應(yīng)用 催化劑表征催化劑表征 對于了解催化劑結(jié)構(gòu)和組成在預(yù)處理、對于了解催化劑結(jié)構(gòu)和組成在預(yù)處理、誘導(dǎo)期和反應(yīng)條件下以及再生過程中所發(fā)生的變化至關(guān)重要。誘導(dǎo)期和反應(yīng)條件下以及再生過程中所發(fā)生的變化至關(guān)重要。 催化反應(yīng)機理的研究催化反應(yīng)機理的研究 為開發(fā)新催化劑和改良現(xiàn)有催為開發(fā)新催化劑和改良現(xiàn)有催化劑提供更深刻的認(rèn)識。化劑提供更深刻的認(rèn)識。 原位譜學(xué)觀察原位譜學(xué)觀察

19、是闡明反應(yīng)機理、分子與催化劑相互是闡明反應(yīng)機理、分子與催化劑相互作用的動態(tài)學(xué)和中間物結(jié)構(gòu)的最有效的技術(shù)。作用的動態(tài)學(xué)和中間物結(jié)構(gòu)的最有效的技術(shù)。 結(jié)合催化劑性能評價、表征和反應(yīng)機理結(jié)合催化劑性能評價、表征和反應(yīng)機理結(jié)果，可提供催結(jié)果，可提供催化作用的全面知識化作用的全面知識,并有助于闡明催化劑并有助于闡明催化劑結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。的關(guān)系。催化劑本催化劑本體的研究體的研究催化劑上吸附催化劑上吸附物種的研究物種的研究骨架振動骨架振動表面基團表面基團氧化物氧化物分子篩等分子篩等探針分子探針分子不穩(wěn)定吸附物種不穩(wěn)定吸附物種反應(yīng)中間物等反應(yīng)中間物等催化劑制備催化劑制備與開發(fā)與開發(fā)催化表面催化表面

20、反應(yīng)機理反應(yīng)機理表面組成表面組成表面結(jié)構(gòu)表面結(jié)構(gòu)表面電荷密度分布表面電荷密度分布不同組分間相互作用不同組分間相互作用不同活性中心的鑒別不同活性中心的鑒別紅外（拉曼）光譜應(yīng)用于催化研究的各個領(lǐng)域紅外（拉曼）光譜應(yīng)用于催化研究的各個領(lǐng)域探針分子：探針分子：CO，NO，CO2，NH3，C2H4, HCHO, 吡啶，苯吡啶，苯,甲醇，甲酸以及同位素取代物等甲醇，甲酸以及同位素取代物等1. 1. 金屬催化劑的研究金屬催化劑的研究 金屬催化劑尤其負(fù)載型金屬催化劑在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)金屬催化劑尤其負(fù)載型金屬催化劑在工業(yè)上有廣泛的應(yīng)用用, 如如:加氫、脫氫、重整、芳構(gòu)化、氨合成等。加氫、脫氫、重整、芳構(gòu)化、氨合

21、成等。 為了解決催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性問題為了解決催化劑的活性、選擇性和穩(wěn)定性問題, 人們采人們采用化學(xué)吸附方法、用化學(xué)吸附方法、TPR 、TPD 方法、電子能譜方法以及方法、電子能譜方法以及紅紅外光譜外光譜方法進行了大量的研究。方法進行了大量的研究。 紅外光譜方法主要用來研究紅外光譜方法主要用來研究： 催化劑表面組成催化劑表面組成 載體和助劑的作用載體和助劑的作用 活性相之間的相互作用等?；钚韵嘀g的相互作用等。CO 在在Pd - Ag/ SiO2 上吸附的紅外譜圖上吸附的紅外譜圖曲線曲線 pCO = 1.33 Pa ;曲線曲線pCO = 66.66 Pa1974 年年Somanoto

22、 研究了研究了Pd - Ag/ SiO2 催化劑中的催化劑中的幾何幾何效應(yīng)效應(yīng)。IR結(jié)果表明結(jié)果表明, Ag 對對Pd 起稀起稀釋作用釋作用。由于。由于Ag 含量增加含量增加,成雙存在的成雙存在的Pd 濃度減少濃度減少,因因而橋式而橋式CO 減少減少,線式線式CO 增增加。加。CO 吸附在吸附在Pd 上上,高于高于2000 cm-1 譜帶是譜帶是Pd C O(弱弱) 帶帶,而低于而低于2000 cm-1是橋式是橋式吸附的吸附的CO (強強) 帶。帶。2. 2. 氧化物催化劑的表征氧化物催化劑的表征氧化物、復(fù)合氧化物在催化劑、載體以及合成材料方面應(yīng)用十分廣泛。氧化物、復(fù)合氧化物在催化劑、載體以及

23、合成材料方面應(yīng)用十分廣泛。對其結(jié)構(gòu)、性相和制備過程的研究意義重大。應(yīng)用比較多且有效的手對其結(jié)構(gòu)、性相和制備過程的研究意義重大。應(yīng)用比較多且有效的手段是段是紅外光譜、拉曼光譜紅外光譜、拉曼光譜、X 光衍射、熱分析、電鏡等方法。這些方光衍射、熱分析、電鏡等方法。這些方法的聯(lián)合利用法的聯(lián)合利用,可提供十分豐富的結(jié)構(gòu)信息?？商峁┦重S富的結(jié)構(gòu)信息。紅外和拉曼光譜在氧化物、分子篩催化劑表征方面的主紅外和拉曼光譜在氧化物、分子篩催化劑表征方面的主要應(yīng)用：要應(yīng)用：體相氧化物的結(jié)構(gòu)和活性相研究體相氧化物的結(jié)構(gòu)和活性相研究活性相與助劑、活性相與載體之間作用的研究活性相與助劑、活性相與載體之間作用的研究表面羥基的

24、研究表面羥基的研究固體表面酸性的測定固體表面酸性的測定氧化物表面氧物種研究和低碳烴的活化氧化物表面氧物種研究和低碳烴的活化作為與紅外光譜互為補充的一種譜學(xué)表征手段，作為與紅外光譜互為補充的一種譜學(xué)表征手段，激光拉曼光譜尤激光拉曼光譜尤其在氧化物體系的研究中發(fā)揮更為有效的功能其在氧化物體系的研究中發(fā)揮更為有效的功能。在中低頻紅外區(qū)，。在中低頻紅外區(qū)，通常用作擔(dān)體的氧化物，如通常用作擔(dān)體的氧化物，如Al2O3、SiO2等，有很強的吸收，拉等，有很強的吸收，拉曼散射信號很弱，而作為活性組分的一些過渡金屬氧化物，如曼散射信號很弱，而作為活性組分的一些過渡金屬氧化物，如MoO3、WO3、V2O5、NiO

25、、Cr2O3、Re2O7等，即使擔(dān)載量等，即使擔(dān)載量很少，也具有明顯的特征拉曼譜帶。因此，激光拉曼光譜對于表很少，也具有明顯的特征拉曼譜帶。因此，激光拉曼光譜對于表征這些氧化物催化劑的表面相結(jié)構(gòu)非常靈敏。征這些氧化物催化劑的表面相結(jié)構(gòu)非常靈敏。7070年代起拉曼光譜被年代起拉曼光譜被應(yīng)用于催化領(lǐng)域的研應(yīng)用于催化領(lǐng)域的研究，在擔(dān)載型金屬氧究，在擔(dān)載型金屬氧化物、分子篩、原位化物、分子篩、原位反應(yīng)和吸附等研究中反應(yīng)和吸附等研究中取得了豐富的成果。取得了豐富的成果。進入進入9090年代以來，文年代以來，文章數(shù)目平均以每年章數(shù)目平均以每年30%30%的速度增長。的速度增長。甲醇氧化制甲醛鉬酸鐵催化劑的

26、甲醇氧化制甲醛鉬酸鐵催化劑的RamanRaman表征表征最早使用拉曼光譜研究的金屬氧化最早使用拉曼光譜研究的金屬氧化物催化劑。物催化劑。研究表明研究表明, ,商品化的鉬酸鐵催化劑中商品化的鉬酸鐵催化劑中晶相結(jié)構(gòu)的分布不均勻，是由晶相結(jié)構(gòu)的分布不均勻，是由MoO3MoO3、Fe2(MoO3)4Fe2(MoO3)4以及二者的混合相構(gòu)成。以及二者的混合相構(gòu)成。甲醇氧化催化研究表明，甲醇氧化催化研究表明，MoO3MoO3的活的活性遠低于性遠低于Fe2(MoO3)4Fe2(MoO3)4，它的主要作，它的主要作用是保持催化劑表面的用是保持催化劑表面的MoMo的濃度，的濃度，因為表面因為表面MoMo富集的催

27、化劑具有更高富集的催化劑具有更高的活性和選擇性。的活性和選擇性。MoO3Fe2(MoO3)4MoO3 +Fe2(MoO3)4Mo/SiO2催化劑的原位拉曼光譜表征催化劑的原位拉曼光譜表征原位拉曼對金屬氧化物的光譜研究原位拉曼對金屬氧化物的光譜研究主要集中在氧化反應(yīng)中其結(jié)構(gòu)的變主要集中在氧化反應(yīng)中其結(jié)構(gòu)的變化?；Ｃ撍畻l件下脫水條件下,氧化硅負(fù)載氧化鉬的拉曼氧化硅負(fù)載氧化鉬的拉曼光譜在光譜在980cm-1處給出孤立的表面鉬處給出孤立的表面鉬物種的物種的MoO端基振動，其他諸峰為端基振動，其他諸峰為氧化硅載體的拉曼峰。在甲烷氧化反氧化硅載體的拉曼峰。在甲烷氧化反應(yīng)中，表面鉬物種保持了上述狀態(tài)；應(yīng)中

28、，表面鉬物種保持了上述狀態(tài)；而在甲醇氧化反應(yīng)中，表面鉬物種轉(zhuǎn)而在甲醇氧化反應(yīng)中，表面鉬物種轉(zhuǎn)化為化為晶相晶相b-b-MoO3。He/O2氣氛下氣氛下500oC脫水脫水500oC下甲下甲烷氧化烷氧化300oC下甲下甲醇氧化醇氧化采用原位拉曼技術(shù)，可以在真實采用原位拉曼技術(shù)，可以在真實工作條件下，研究反應(yīng)氣氛對表工作條件下，研究反應(yīng)氣氛對表面活性相結(jié)構(gòu)的影響。面活性相結(jié)構(gòu)的影響。低載量低載量Mo/g g-Al2O3催化劑紫外拉曼光譜表征催化劑紫外拉曼光譜表征0.1 wt%Mo/Al2O3紫外可見漫反射光譜和拉曼光譜紫外可見漫反射光譜和拉曼光譜由于可見拉曼光譜的靈敏度低和熒光干擾，低載量金屬氧化物催

29、化劑的研究較由于可見拉曼光譜的靈敏度低和熒光干擾，低載量金屬氧化物催化劑的研究較為困難。而過渡金屬氧化物在紫外區(qū)有荷電躍遷吸收，因此選擇合適的紫外激為困難。而過渡金屬氧化物在紫外區(qū)有荷電躍遷吸收，因此選擇合適的紫外激光進行共振激發(fā)，可有效得到低載量催化劑的紫外拉曼光譜。光進行共振激發(fā)，可有效得到低載量催化劑的紫外拉曼光譜。四配位四配位氧化鉬氧化鉬的吸收的吸收六配位六配位氧化鉬氧化鉬的吸收的吸收由于由于244nm激光線位于四激光線位于四配位配位Mo=O鍵的荷電躍遷鍵的荷電躍遷區(qū)，故其激發(fā)的拉曼光譜區(qū)，故其激發(fā)的拉曼光譜中出現(xiàn)四配位中出現(xiàn)四配位Mo=O鍵的鍵的325和和910 cm-1的彎曲和的彎

30、曲和對稱伸縮振動峰對稱伸縮振動峰,及其在及其在1802和和2720 cm-1的二倍的二倍頻和三倍頻峰；頻和三倍頻峰；由于由于325nm激發(fā)線位于激發(fā)線位于Mo-O-Mo橋鍵的紫外吸收橋鍵的紫外吸收帶，故帶，故325nm激發(fā)線激發(fā)激發(fā)線激發(fā)的拉曼光譜可觀察到六配的拉曼光譜可觀察到六配位位Mo-O-Mo反對稱伸縮振反對稱伸縮振動的基頻和倍頻峰。動的基頻和倍頻峰。Uv Raman spectra of Zr(OH)4 calcined at different tamperatures(244-nm laser)XRD patterns of Zr(OH)4舉例舉例 ZrO2相結(jié)構(gòu)的相結(jié)構(gòu)的Rama

31、n表征表征m-ZrO2t-ZrO2焙燒焙燒溫度溫度XRD和和Raman均表明，隨焙燒溫度提高，均表明，隨焙燒溫度提高，m/t 比例增加，但二者給出信息有不同比例增加，但二者給出信息有不同Uv Raman：400時時, m+t; 700 時時, m XRD結(jié)果：結(jié)果： 各焙燒溫度下均為各焙燒溫度下均為 m+t ZrO2相結(jié)構(gòu)的相結(jié)構(gòu)的Raman表征表征IntensityRaman shift/cm-1m-ZrO2t-ZrO2Visible Raman spectra of Zr(OH)4 calcined at different tamperatures(532-nm laser)m-ZrO2

32、t-ZrO2Raman shift/cm-1Uv Raman spectra of Zr(OH)4 calcined at different tamperatures(244-nm laser)與紫外拉曼光譜不同與紫外拉曼光譜不同，可見拉曼光譜在焙燒溫度，可見拉曼光譜在焙燒溫度500時仍時仍可清楚地觀察到四方晶相（與可清楚地觀察到四方晶相（與XRD結(jié)果相似）！結(jié)果相似）！ZrO2相結(jié)構(gòu)的相結(jié)構(gòu)的Raman表征表征AbsorbanceWavelength (nm)ZrO2的紫外的紫外-可見漫反射光譜可見漫反射光譜Information obtained from Raman and XRDPhase evolution of zirconia calcined at different temperatures3.3.原位光譜在催化劑表征和反應(yīng)原位光譜在催化劑表征和反應(yīng)機理研究的應(yīng)用機理研究的應(yīng)用催化劑催化劑原位表征原位表征在實際或模擬的催化劑制備或反應(yīng)條件下，在實際或模擬的催化劑制備或反應(yīng)條件下， 對催化劑進行表征對催化劑進行表征催化劑活性中心（或活性物種）、動態(tài)結(jié)構(gòu)和催化反應(yīng)機理催化劑活性