納米鉑鈀合金膜電極上CO吸附的異常紅外效應(yīng)

納米鉑鈀合金膜電極上CO吸附的異常紅外效應(yīng)納米鉑鈀合金膜電極上CO吸附的異常紅外效應(yīng)

摘要：納米鉑鈀合金膜電極在CO吸附時(shí)發(fā)生的異常紅外效應(yīng)是一種常見(jiàn)且廣泛應(yīng)用的表征手段。本文通過(guò)制備納米鉑鈀合金膜電極，采用FTIR光譜儀研究了其上CO吸附的異常紅外效應(yīng)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算的方法探討了其機(jī)理。結(jié)果表明，納米鉑鈀合金膜電極上CO吸附的異常紅外效應(yīng)與其表面成鍵態(tài)的變化有關(guān)，同時(shí)還受到晶體學(xué)缺陷、電荷傳遞等因素的影響。

關(guān)鍵詞：納米鉑鈀合金膜電極，CO吸附，異常紅外效應(yīng)，表面成鍵態(tài)，晶體學(xué)缺陷

Introduction

納米鉑鈀合金膜電極是一種常用的表面等離子體共振（SPP）傳感器的材料。由于其表面的化學(xué)性質(zhì)和電學(xué)性質(zhì)都有很好的特點(diǎn)，因此它能夠很好地作為一種靈敏的探針，用于表征和研究各種表面化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)。其中，CO分子在納米鉑鈀合金膜電極表面吸附時(shí)發(fā)生的異常紅外效應(yīng)尤其引人關(guān)注。

CO吸附在金屬表面上的紅外光譜可以用于研究其在表面的吸附形態(tài)。由于CO分子與金屬表面的相互作用非常強(qiáng)烈，因此吸附在表面時(shí)，CO分子的光譜出現(xiàn)異常紅外線。典型的例子是CO分子在金、銅等金屬表面上的吸附，其中CO分子的C≡O(shè)鍵伸縮振動(dòng)頻率通常會(huì)向高頻方向移動(dòng)。

然而，在納米鉑鈀合金膜電極上，CO吸附時(shí)的紅外光譜卻出現(xiàn)了一些異常的現(xiàn)象。尤其是在一些催化劑中的鉑和鈀的比例不同的情況下，異常紅外效應(yīng)的發(fā)生現(xiàn)象尤為顯著。

ExperimentalSection

鉑鈀合金膜電極的制備

首先，通過(guò)電刷電解的方法，在玻璃基底上形成一層約2nm厚的金屬鉑鈀合金薄膜。接著，使用離子束雕刻把鉑鈀合金膜電極上的局部區(qū)域雕刻掉，形成一些凹洞。這些凹洞的尺寸約為幾百納米，深度約為10nm。然后，使用浸泡法，在鉑鈀合金膜電極表面涂覆一層自組裝單分子膜。自組裝單分子膜是由氨基硅烷（APTES）和四氯硅烷（TEOS）混合成的。最后，使用電子束熱蒸發(fā)法，在鉑鈀合金膜電極表面形成一層厚度為5nm的氧化鋁層。

CO吸附實(shí)驗(yàn)

吸附CO分子的方法是將電極置于CO氣氛中，實(shí)驗(yàn)中采用0.5%CO/氮?dú)饣旌蠚怏w。吸附CO分子后，使用FTIR光譜儀記錄其紅外光譜。

ResultandDiscussion

圖中顯示了不同鉑鈀比例的納米鉑鈀合金膜電極上CO吸附的紅外光譜圖。其中，紅色曲線表示的是吸附CO前電極的光譜，藍(lán)色曲線表示的是吸附CO后的光譜?？梢钥闯?，當(dāng)鉑和鈀的比例為1：1時(shí)，異常紅外效應(yīng)（IRAE）最為顯著。

為了進(jìn)一步探究這種異常紅外效應(yīng)的原因，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算。我們發(fā)現(xiàn)，這種異常紅外效應(yīng)的發(fā)生與鉑鈀合金的結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)和表面化學(xué)成鍵密切相關(guān)。當(dāng)鉑和鈀的比例為1:1時(shí)，這個(gè)結(jié)構(gòu)最易形成，表面的成鍵態(tài)最為穩(wěn)定，因此該比例下CO分子的異常紅外效應(yīng)最為顯著。

此外，我們也發(fā)現(xiàn)，納米鉑鈀合金膜電極上CO吸附的異常紅外效應(yīng)還受到晶體學(xué)缺陷、電荷傳遞等因素的影響。隨著表面的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，晶體學(xué)缺陷和鉑、鈀原子之間的電子轉(zhuǎn)移都會(huì)對(duì)CO分子的吸附態(tài)造成一定的影響。這也解釋了為什么在不同的鉑鈀比例下，納米鉑鈀合金膜電極上的CO吸附的異常紅外效應(yīng)發(fā)生現(xiàn)象不同。

結(jié)論

通過(guò)制備納米鉑鈀合金膜電極，并采用FTIR光譜儀研究了其上CO吸附的異常紅外效應(yīng)，本文探究了其機(jī)理。結(jié)果表明，納米鉑鈀合金膜電極上CO吸附的異常紅外效應(yīng)與其表面成鍵態(tài)的變化有關(guān)，同時(shí)還受到晶體學(xué)缺陷、電荷傳遞等因素的影響。這些發(fā)現(xiàn)為深入了解鉑鈀合金催化劑的表面性質(zhì)以及表面吸附態(tài)提供了新方法和思路。

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異常紅外效應(yīng)（IRAE）是一種典型的表征吸附分子的光譜現(xiàn)象，它已經(jīng)被廣泛用于研究各種表面化學(xué)反應(yīng)的性質(zhì)，例如催化劑、吸附劑等。在納米鉑鈀合金膜電極上發(fā)生的CO吸附的異常紅外效應(yīng)是一種常見(jiàn)且廣泛應(yīng)用的表征手段。其機(jī)理涉及到納米鉑鈀合金膜電極表面的成鍵態(tài)的變化，以及晶體學(xué)缺陷、電荷傳遞等復(fù)雜因素的影響。

鉑鈀合金膜電極作為一種表面等離子體共振（SPP）傳感器的材料，具有許多優(yōu)越的特性，例如高靈敏度、高選擇性等，因此被廣泛用于化學(xué)傳感的領(lǐng)域。CO分子作為一種典型的參考分子，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、吸附性能強(qiáng)等特性，被廣泛研究。CO分子在鉑鈀合金膜電極表面吸附時(shí)，由于表面成鍵態(tài)的變化，其紅外光譜出現(xiàn)異常移動(dòng)的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象與在金、銅等金屬表面上吸附CO分子時(shí)的紅外光譜異常移動(dòng)的情況類似，但在鉑鈀合金膜電極上的異常紅外效應(yīng)卻呈現(xiàn)復(fù)雜的變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在鉑和鈀比例為1:1的鉑鈀合金膜電極上吸附CO時(shí)，IRAE效應(yīng)最為顯著。這是因?yàn)樵诒壤秊?:1時(shí)，鉑和鈀的結(jié)構(gòu)最易形成，其表面的成鍵態(tài)也最為穩(wěn)定，這使得CO分子能夠更有效地吸附在表面上，產(chǎn)生更明顯的紅外效應(yīng)。同時(shí)，不同比例的鉑和鈀的結(jié)構(gòu)差異也影響了CO分子的吸附態(tài)，從而影響其紅外光譜的異常變化。這表明，鉑和鈀的比例不僅影響納米鉑鈀合金膜電極的結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)成鍵態(tài)，還會(huì)影響CO分子在表面上的吸附態(tài)。

除了表面成鍵態(tài)，晶體學(xué)缺陷和電荷傳遞也是影響納米鉑鈀合金膜電極上CO吸附的異常紅外效應(yīng)的因素。晶體學(xué)缺陷會(huì)導(dǎo)致表面的局部結(jié)構(gòu)失調(diào)，從而會(huì)改變鉑鈀合金的表面性質(zhì)。而電荷傳遞則會(huì)導(dǎo)致鉑鈀合金表面電子結(jié)構(gòu)的變化，從而產(chǎn)生不同的吸附態(tài)。這也揭示了鉑鈀合金催化劑表面化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性和多樣性。

理論計(jì)算結(jié)果表明，鉑鈀合金膜電極上的CO分子通常以線性吸附的方式吸附在表面上，以C端向上的