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ikpntnu0122

木虫 (正式写手)

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[交流] 教学-固相催化剂表征的引言-带ppt可以下载已有8人参与

从微观上说, 化学反应是原子的重新排列，并且化学反应中断键和成键的速度极快，到目前为止，差不多只有采用自由电子激光才能够看到反应过程的中间态。另一方面，对于非均相反应来说，化学反应是在固体催化剂的纳米结构表面发生的。有一句话叫做“上帝创造了物质，魔鬼创造了表面”。说明这个表面是很难研究得清清楚楚，明明白白真真切切的。需要借助慧眼。主要原因还是因为纳米结构表面是有缺陷的，缺陷的结构本身就比较难以解析，到目前为止，大致只有采用原子分辨的显微镜（球差电镜），也例如通过X射线吸收的精细结构谱，还可以结合理论计算来推测；但是，可恶的是，催化反应中原料譬如说常见的气体和表面是会相互作用的。这样一作用，所谓的缺陷结构上的原子结构就会被重构了，也就是说，我们原来哪怕在静态条件下把原子结构解析出来，也不代表着实际反应过程的情况。我们获得真实的催化剂表面结构的先决条件有以下两个：只有当我们观察的时间尺度与断键一个数量级甚至更短，例如说飞秒皮秒；同时观察的空间尺度是原子级别的时候（最好还是三维的，至少是两维的），我们才能够有可能看到催化过程的原貌。现在的自由电子激光和4D电镜的发展可能在会在未来实现这种催化“电影”的拍摄。前者斯坦佛大学SLAC，后者是加州理工诺贝尔奖金Zewail处于世界的前沿。
   所以我们现在所说的催化剂上的活性位（Active sites）都是假定的，一般存在在催化剂的缺陷上。我们一直在苦苦追求，催化剂中哪里是活性位？我们都知道活性位可能存在，但是在哪里，如前面所说的，我们到现在还没有直观地看到。想寻找活性位的这个过程，我们通常需要先进的工具，我们一般把采用先进的工具去发现，去靠近，去判断的过程叫催化剂的表征。我们人本身的眼睛在催化剂表征这个事情上，观察到的事情太宏观了，不见得能够寻找到所需要的“光明”。所以“工欲善其事必先利其器”。这个器就是催化剂表征用的工具。这两天清华大学Science上出现的准诺贝尔奖的生物分子的工作，其实很大程度上依赖于新近发展的冷冻电镜技术。他的工作按照前面的判断也还是不断地在趋近而不是真正的实时。
   尽管我们知道我们目前所做的工作是找不到催化剂中的活性中心的，但是我们都有希腊悲剧英雄的心态。我们做的催化剂的表征工作，很多时候不是实时的，看到的信息都是间接的，是外推的，有的时候也就是错了。但是错不等于没有用，就像原来的时候对催化剂的研究是黑箱，现在我们至少变成了灰箱，最终我们会将这个过程变成白箱。
   因为我们的目的与我们的手段的存在着巨大的差异，所以我们采用的一个实际的办法是“多管齐下”。利用很多的工具来对一个问题进行解析，这样综合的信息就比单一的信息可靠得多，所谓“远看成岭侧成峰，远近高低都不同”，其实如果我们很多人都一起去看，看到的“岭和峰”在空间或者我们观察到的时间范围内还是同一个“岭和峰”的话，我们就觉得这个可能就是我们要找的结构。
   但是固相催化是比较复杂的，虽然我们需要的是表面的信息，但是我们也对主体的结构进行鉴定，因为催化剂里面组成好几种，有时候连组成的物种都是不清楚的。通常需要采用光电热磁等各种手段去探测，来说明主体或者表面的结构。因为物理学的大发展，工具包里面的武器有时候有点多，有些武器还是多功能的，往往会导致我们不知道使用哪个武器。所以学习催化剂表征的过程就是要从原理，对象和局限性等方面来获得有用的“岭和峰”的信息。不是把工具包里面的武器都用上一遍，然后再分析，这样的做法既奢侈，浪费资源又低效。学习表征就是对症下药，不能动不动就上同步辐射，动不动就上球差电镜。这里有点像医生治病的过程，好的医生和差的医生是不一样的，好医生会按照你的病情对症下药，坏的医生就是抓一大把药，吃了再说。
   这个时候我们还是需要问问自己几个问题，要退到最原始的地方去。譬如说我需要的是表面信息，还是主体信息；是主体成分信息还是表面成分信息；是气体和表面相互作用的信息还是结构自身变化的信息。
   以下是我讲课的一个引言部分，我一直觉得引言部分是很最重要的，这就是我们退到的最原始地方，然后再开始推进问题的解决。表征的书好多，很多在小木虫上找得到，可以参考，譬如spectroscopy  in catalysis; characterization of solid materials and heterogeneous catalysts;In-situ characterization of heterogeneous catalysis等。
   还有一句话，就是表征的时候一定要结合你研究体系的特殊性，个性的解析比共性的解析更接近与本质！[ Last edited by ikpntnu0122 on 2015-8-24 at 19:23 ]

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附件 1 : Characterization_of_heterogeneous_catalysis-_introduction.pdf

2015-08-23 16:20:01, 2.04 M