X光粉末衍射在催化材料中的應(yīng)用

晶體學(xué)點(diǎn)群國(guó)際符號(hào)及其各對(duì)稱元素的方向晶系第一位第二位第三位點(diǎn)群國(guó)際符號(hào)可能對(duì)稱元素方向可能對(duì)稱元素方向可能對(duì)稱元素方向三斜1,任意無(wú)無(wú)1，單斜2,m,2/m[010]無(wú)無(wú)2,m,2/m正交2，m[100]2，m[010]2，m[001]222,mm2,mmm四方4,4/m[001]無(wú)，2，m[100]無(wú)，2，m底對(duì)角線[110]等4,，4/m，422，4mm,2m,4/mmm三方3,[001]無(wú)，2，m[100]無(wú)3,,32,3m,m六方6,,6/m[001]無(wú)，2，m[100]無(wú)，2，m底對(duì)角線[10]等6,,6/m,622,6mm,m2,6/mmm立方2,m,4,[100][010][001]3,體對(duì)角線[111]等無(wú)，2，m面對(duì)角線[110]等

23,m3,432,3m,mm1號(hào)：P1——三斜，簡(jiǎn)單晶胞，只有一次軸，即全同操作12號(hào)：C2/m——單斜，底心晶胞，b軸為2次旋轉(zhuǎn)軸且有垂直于該軸的鏡面。65號(hào)：Cmmm——正交，面心晶胞，通過(guò)a軸、通過(guò)b軸、通過(guò)c軸各有一鏡面109號(hào)：I41md——四方，體心晶胞，C軸有41螺旋軸，通過(guò)a軸有鏡面，a+b方向有金剛石滑移；144號(hào)：P31——三方，簡(jiǎn)單晶胞，a軸方向有31螺旋軸178號(hào)：P6122——六方，c軸有61螺旋軸，a軸有2次軸，2a+b方向有2次軸225號(hào)：Fm3m——立方，面心晶胞，通過(guò)a軸方向有鏡面，a+b+c體對(duì)角線方向有3次軸，通過(guò)a+b面對(duì)角線方向有鏡面舉例材料研究元素組成

（XRF）微觀結(jié)構(gòu)分析

（XRDSAXS）微觀形貌分析原位動(dòng)態(tài)分析

（XRD等）ThetheoryofX-rayScatteringReciprocalspaceX射線衍射分析粉晶衍射分析

（通常）徐順生

金屬X射線學(xué)周玉

材料X射線衍射與電子顯微分析范雄X射線金屬學(xué)余永寧

材料的結(jié)構(gòu)單晶衍射分析陳小明

單晶結(jié)構(gòu)-原理與實(shí)踐粉末衍射圖含有的信息特性

信息

峰位置

晶胞大小

，定性分析非確定峰

晶體雜質(zhì)

背底

無(wú)定型物質(zhì)（非晶相）峰的半高寬

晶體大小，應(yīng)力變形，堆積缺陷峰強(qiáng)度

晶體結(jié)構(gòu)

，定量分析

系統(tǒng)性消失

對(duì)稱性（超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的研究）

粉末X射線分析方法定性相分析

（低角度衍射峰）定量相分析

（衍射峰積分面積）晶胞參數(shù)精密測(cè)定

（高角度衍射峰）晶粒大小

（半峰寬）晶面指數(shù)的確定XRD技術(shù)在分子篩的應(yīng)用晶化產(chǎn)物的測(cè)定改性產(chǎn)物的測(cè)定結(jié)晶度的測(cè)定點(diǎn)陣常數(shù)的測(cè)定XRD技術(shù)在金屬和金屬氧化物催化劑中的應(yīng)用

物相鑒定催化劑制備條件與晶體結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究晶胞常數(shù)的測(cè)定與催化活性多晶體晶粒大小的測(cè)定與催化活性原位X射線技術(shù)制樣的準(zhǔn)備需把樣品研磨成適合衍射實(shí)驗(yàn)用的粉末（或濕磨，酒精或水）；

把樣品粉末制成有一個(gè)十分平整平面的試片（壓片或刮平，刮平注意避免產(chǎn)生織構(gòu)）。

整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，都不允許樣品的組成及其物理化學(xué)性質(zhì)有所變化。原位測(cè)試應(yīng)實(shí)時(shí)記錄時(shí)間和溫度的變化

制備粉末需根據(jù)不同的具體情況采用不同的方法?？梢杂酶杀蛞簯B(tài)空氣冷卻至低溫，使之變脆，然后進(jìn)行研磨。若樣品是一些具有不同硬度的物質(zhì)混合，研磨時(shí)較軟或易于解理的部分容易被粉化而包裹較硬部分的顆粒，因此需要不斷過(guò)篩，分出已粉化的部分，最后把全部粉末充分混合后再制作實(shí)驗(yàn)用的試樣。樣品中不同組分在各粒度級(jí)分中可能有不同的含量，因此對(duì)多相樣品不能只篩取最細(xì)的部分來(lái)制樣（除非是進(jìn)行分級(jí)研究）。如果樣品是塊狀而且是由高度無(wú)序取向的微晶顆粒組成的話，例如某些巖石、金屬以及蠟和皂類樣品，在粉末衍射中可以直接使用，需加工出一個(gè)平面。金屬和合金樣品常可碾壓成平板使用，但是在這種冷加工過(guò)程中常會(huì)引起擇優(yōu)取向，需要考慮適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚?。退火的時(shí)間和溫度，以僅發(fā)生復(fù)原過(guò)程為原則。過(guò)高的退火溫度有可能導(dǎo)致重結(jié)晶過(guò)程的發(fā)生，某些揮發(fā)性組分的損失以及其它的物理化學(xué)的變化。巖石小塊以及金屬或合金小塊內(nèi)常?？赡艽嬖诳棙?gòu)，為了結(jié)果的可靠，還是應(yīng)該磨成粉末或銼成細(xì)屑。銼制金屬細(xì)屑可以用細(xì)的整形銼刀，銼刀要清潔，銼時(shí)銼程要小，力量要輕，避免樣品發(fā)熱，制得的銼屑還應(yīng)考慮退火處理以消除銼削過(guò)程冷加工帶來(lái)的點(diǎn)陣應(yīng)力。

有些軟的晶態(tài)物質(zhì)經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間研磨后會(huì)造成點(diǎn)陣的某些破壞，導(dǎo)致衍射峰的寬化，此時(shí)可采用退火處理；有的樣品在空氣中不穩(wěn)定，易發(fā)生物理化學(xué)變化（例如易潮解、風(fēng)化、氧化、揮發(fā)等），則需有專門的制樣器具和必要的保護(hù)、預(yù)防措施；對(duì)于一些各向異性的晶粒（云母），采用混入各向同性物質(zhì)的方法，同時(shí)還可進(jìn)行內(nèi)標(biāo)。

試樣及測(cè)試的準(zhǔn)備試樣的預(yù)處理：晶體粉末要細(xì)小，無(wú)擇優(yōu)取向，-325目或0.7-1.4微米X射線管的選擇；銅靶，Ni濾光片，一般是后置濾光片X射線單色化和背底消除測(cè)試條件，40kV，40mA待機(jī)條件，40kV，10mA或20mAX射線定性方法3強(qiáng)峰法，5強(qiáng)峰法，8強(qiáng)峰法固熔的影響

織構(gòu)的影響

應(yīng)力的影響固溶

銅和鎳合金無(wú)限固溶織構(gòu)

金屬材料

冷熱加工

地質(zhì)樣品應(yīng)力

一類應(yīng)力

二類應(yīng)力

三類應(yīng)力衍射峰的位置偏移

面缺陷衍射峰強(qiáng)度降低

線缺陷衍射峰變寬

點(diǎn)缺陷X射線定量分析方法K值法

通過(guò)將Al2O3定義為1.00.3-3%Rietveld法

確定晶體結(jié)構(gòu)

最低約0.3%Jade軟件可以計(jì)算給出K值，但是不可靠苗春省的書

XRD定量分析梁敬魁的書

Rietveld方法陸金生寫的手冊(cè)

鋼鐵方面中非院

非金屬礦物方面晶胞常數(shù)精密測(cè)定圖解外推法2theta=180°最小二乘法高角度2theta>120陸學(xué)善從事精確測(cè)定晶格常數(shù)的研究合金相變，參雜等方面的研究晶粒大小的測(cè)定（謝樂(lè)公式）當(dāng)晶粒度等于1000?，衍射峰呈尖銳的譜線；小于1000?衍射峰逐漸變寬；小于10?時(shí)，衍射峰非常彌散與背景不易分開(kāi)。Scherrer從理論上推導(dǎo)出晶粒大小與衍射線加寬的關(guān)系如下：KλD=————βcosθ實(shí)際測(cè)得的衍射峰寬度還要扣除儀器加寬度和Kα雙線加寬度，才是晶粒大小所引起的純加寬度。Highscore軟件有模塊可以做這個(gè)測(cè)試HighScore軟件的操作過(guò)程PDF2數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)入123簡(jiǎn)易操作數(shù)據(jù)打開(kāi)后的界面數(shù)據(jù)導(dǎo)出操作尋峰操作123減小此值峰增多Y表示軟件尋到的峰所在的位置132尋找組分1212左鍵點(diǎn)住拖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)卡片峰強(qiáng)及峰位

實(shí)驗(yàn)卡片峰強(qiáng)及峰位

右鍵標(biāo)準(zhǔn)譜圖

實(shí)驗(yàn)譜圖無(wú)任何元素限制搜索卡片的結(jié)果左鍵拖動(dòng)隨意拖動(dòng)一個(gè)峰不全重合時(shí)的情況Y表示未對(duì)上的峰轉(zhuǎn)到Pattern欄能清楚看對(duì)峰的情況123平滑處理曲線更平滑可以重新導(dǎo)出平滑數(shù)據(jù)薄膜分析及納米膜的結(jié)構(gòu)分析的實(shí)例Hybrid模塊——PRS正比探測(cè)器DifferentanglebringusdifferentinformationXrayNanofilmDetectorAngleofthetotalXrayreflectionThetangentofthecurveisconnectedthescatteringinformationofthenanoparticleAngleofthetotalXrayreflectionThemulti-layernanostructureofpolymembranescanbemeasuredThetangentofthecurveshowsthereisSAXSphenomenoninXrayreflectivitytestThetheoryofSmallAngleX-rayScatteringReciprocalspaceA—Crystallite(grain)B—Particle(primaryparticle)C—Agglomerate,Aggregate,Flocculate

Crystallite、Particle、AgglomerateAkindofnanometerdiamondpowder=4.1nm=8.4nm=470nm—XRD

—SAXS—CSThecomparsonoffourmethodsonDeterminationofParticleSizeDistributionofnanometerPowderTEM＋I(xiàn)mageAnalysisPhotonCorrelationSpectroscopy(PCS)BETGasAdsorptionSmallAngleX-rayScattering(SAXS)TEM＋I(xiàn)mageAnalysisAudio-visual,seeing,size,shapeandmorphologyExtremelyaccurateAuthoritativeTEM，SEMComputervideo-graphyVideo-CaptureCardHistogram,cumulativeplot,meanandmedianparticlesizeAlargenumberofparticlesshouldbecountedDispersionofparticlescanbeaproblemPoorstatisticsPhotonCorrelationSpectroscopy

DynamicLaserScatteringFastRepeatabilityrathergoodParticlesmustbewelldispersed,otherwiseagglomeratesizeBETgasadsorptionSpecificSurfaceRelatedtoparticlesize,distribution,shapeandmorphologyFastRepeatabilitygoodInexpensiveParticlesizedistributionimpassibleSmallAngleX-rayScatteringPrimaryparticlesize,neitherCrystallitenoragglomeratesize,eventhoughthepowderparticlescannotbewelldispersedSAXSsignalcomesfromalargenumberofparticles(~1010)Repeatabilitygood1~600nm(1-920nm)CannotdistinguishparticlesfromporesastheyarethesameorderofmagnitudeThemeasurementtheoryofSmallangleX-rayscatteringSmallangleX-rayscatteringisacoherentscatteringoccurringinthevicinityofincidentbeam.Inessenceitresultsfromelectrondensityfluctuationabout1toseveralhundredsnmwithinamaterial.SAXStechniquehasbeenusedtostudylongperiodicityorquasi-periodicityandtodeterminethesizedistributionofscatters.TheSAXStechniquehasbeenwidelyusedinmanyfields,suchasinorganicmaterials,metalandalloy,metallicglass,magneticliquids,polymers,colloidalsolution,biomedicalmaterialsandclayminerals,etc.Thesizedistributionofanykindofscatters,nomatterparticles,G-Pzones,precipitatedphase,pores,colloids,bio-molecules,viruses,canbedeterminedbySAXSmethodwithintherangeof1—600nm.εSampleLH-SiO2-47(封孔)

Sample1-15B-144-34-44-154-84-111-54-131-8Sx(m2/g)16.019.119.921.324.924.924.530.726.524.8SB(m2/g)16.319.622.726.029.331.032.434.534.436.4SAXAandBETspecificsurfaceresultsoncarbonylNickelpowdersamplesBasically,nos