Phương pháp nhiễu xạ tia X nghiên cứu đặc trưng xúc tác ∗ Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Phạm Huyền ∗ Sinh viên thực : Vũ Đức Huy Lê Thành Trung Nguyễn Đăng Hùng Vũ Minh Đông Phương pháp XRD nghiên cứu đặc trưng xúc tác Khái quát cấu trúc tinh thể Tia X định luật Bragg Phương pháp phân tích tia X Ứng dụng nghiên cứu xúc tác Tổng kết Nhà vật lý W.H Bragg 1.Tìm hiểu cấu trúc tinh thể d3 c β a α γ b d1 d2 Các tinh thể tạo thành mặt phẳng nguyên tử cách khoảng d1, d2, d3 tùy vào định hướng chúng Các chiều dài a,b,c góc α, β, γ chúng số mạng lưới xác định phương pháp XRD cấu trúc tinh thể thường gặp: Khoảng cách d khối lập phương đơn giản số Miller: 100 110 111 012 Tia X định luật Bragg Tia x loại sóng điện từ có bước sóng ngắn bước sóng tia tử ngoại cỡ 10^-12m đến10^-9 m Tia X tạo ống phát tia rơn-ghen Nhiễu xạ đặc tính chung sóng bị thay đổi tương tác với vật chất giao thoa tăng cường nhiều sóng tán xạ Mô hình phương pháp nhiễu xạ tia X Định luật Bragg l Định luật Bragg : n λ =2dsin(θ) Chứng minh Giao thoa cộng hưởng xảy khi: n λ= AB + BC AB= BC n λ = 2AB sin(θ) = AB/d AB= d sin(θ) Vậy: n λ =2dsin(θ) Phương pháp phân tích vật liệu tia X Nhiễu xạ tia X Phân tích cấu trúc rắn, vật liệu… Huỳnh quang tia X Xác định hàm lượng nguyên tố có 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 tia X đến tinh thể thay đổi bước sóng chùm tia X Chùm tia X hẹp không đơn sắc dọi lên mẫu đơn tinh thể cố định Ảnh nhiễu xạ gồm loạt vết đặc trưng cho tính đối xứng tinh thể Phương pháp đơn tinh thể quay • Giữ nguyên bước sóng thay đổi góc tới - Phim đặt vào mặt buồng hình trụ cố định - Mẫu đơn tinh thể gắn quay đồng trục với buồng ∗ Chùm tia X đơn sắc tới bị nhiễu xạ họ mặt phẳng nguyên tử tinh thể với khoảng cách mặt d trình quay xuất giá trị thỏa mãn điều kiện Bragg ∗ Tất mặt phẳng nguyên tử song song với trục quay tạo lên vết nhiễu xạ mặt phẳng nằm ngang Phương pháp nhiễu xạ bột - Sử dụng với mẫu đa tinh thể - Sử dụng chùm tia X song song hẹp, đơn sắc, chiếu vào mẫu - Quay mẫu quay đầu thu chùm nhiễu xạ đường tròn đồng tâm Phổ nhiễu xạ phụ thuộc cường độ nhiễu xạ vào lần góc nhiễu xạ (2θ) - Đối với mẫu màng mỏng, cách thức thực có chút khác, người ta chiếu tia X tới góc hẹp (để tăng chiều dài tia X tương tác với màng mỏng), giữ cố định mẫu 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) dễ thực PIC nhiễu xạ thu cách xử lý Sử dụng công thức: n λ =2dsin(θ) d=1.54Å/2sin(θ) Từ tính toán 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 nhanh chóng xác, ứng dụng nhiều việc phân tích mẫu chất, sử dụng nghiên cứu, công nghiệp vật liệu, ngành vật lí, hóa học lĩnh vực khác Áp dụng cho số vật liệu xúc tác a Xác định pha Xác định pha tinh thể từ giản đồ nhiễu xạ tia X boehmite (aluminium oxide hydroxide ) Qua giản đồ XRD ta thấy mẫu Boehmite thu xuất pic đặc trưng boehmite góc 2θ 14,4 ; 28,2; 38,4; 49,2… Các pic cao, rõ ràng, đường phẳng cho thấy boehmite thu có độ tinh khiết cao, hàm lượng tinh thể cao b Định hướng trình tổng hợp xúc tác Quá trình tổng hợp xúc tác cần có so sánh với tiêu chuẩn có sẵn, từ cho thấy hướng tổng hay sai??? Theo Kresge cộng sự, vật liệu có pic đặc trưng góc 2θ = 2,1 có cấu trúc mao quản trung bình Trong giản đồ xuất pic có cường độ mạnh góc 2θ =2,1 pic góc 2θ = 3,8 2θ = 4,4 tương ứng đặc trưng cho mặt phản xạ (100), (110) (200) cấu trúc mao quản trung bình dạng hexagonal Vì phương pháp XRD quan trọng nghiên cứu tổng hợp xúc tác dị thể Ưu điểm ƯU, NHƯỢC ĐIỂM ∗ Tiến hành đo môi trường bình thường ∗ Chụp nhanh, chụp rõ nét (dựa loại detector đại đếm tới photon mà nhiễu thuật toán phục hồi lại ảnh mẫu.) ∗ Chụp cấu trúc bên cho hình ảnh 3D chụp linh kiện kích cỡ 50 nm, cấu trúc nhiều lớp ∗ Rẻ tiền ∗Cảm ơn cô bạn lắng nghe [...]... nhiễu x tia X dùng để phân tích cấu trúc tinh thể rất nhanh chóng và chính x c, 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 x c tác a X c định pha X c định pha tinh thể từ giản đồ nhiễu x tia X của boehmite (aluminium oxide hydroxide ) Qua giản đồ XRD ta... vết nhiễu x trong mặt phẳng nằm ngang Phương pháp nhiễu x 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 x trên đường tròn đồng tâm Phổ nhiễu x sẽ là sự phụ thuộc của cường độ nhiễu x vào 2 lần góc nhiễu x (2θ) - Đối với các mẫu màng mỏng, cách thức thực hiện có một chút khác, người ta chiếu tia X tới... 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 x (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 x c tác dị thể Ưu điểm ƯU, NHƯỢC ĐIỂM ∗ Tiến hành đo trong. .. dài tia X tương tác với màng mỏng), giữ cố định mẫu và chỉ quay đầu thu Phương pháp nhiễu x bột cho phép x c định thành phần pha, tỷ phần pha, cấu trúc tinh thể (các tham số mạng tinh thể) và rất dễ thực hiện PIC nhiễu x thu được và cách x 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 x c định 4.ỨNG DỤNG Máy nhiễu. . .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 x 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... (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 x c tác Quá trình tổng hợp x c tác mới cần có sự so sánh với các tiêu chuẩn có sẵn, từ đó cho thấy hướng... 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