催化劑粉末的漫反射測量|安捷倫Cary5000搭配HarrickPrayingMantis助力催化劑粉末研究

氧化鋁（Al₂O₃）因其具有高催化活性、良好的熱穩定性和化學穩定性等特點，常被作為催化劑廣泛應用于有機合成、石油化工等領域。

當氧化鋁作用在脫硫或氫化反應時，催化劑上的活性相通常由鎳金屬納米顆粒組成。在 Ni/Al₂O₃ 催化劑制備的起始步驟中，鎳鹽與氧化鋁表面之間的相互作用決定了活性相的分散和催化劑的活性。因此，在熱處理過程中跟蹤鎳成分的演變以改進催化劑的制備是至關重要的。

安捷倫 Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計與 Harrick Praying Mantis 漫反射附件相結合，適用于更深入地了解樣品在寬溫度范圍內發生的化學轉化。

Cary 5000 UV-Vis-NIR 用于采集過渡金屬離子的吸收光譜，通過吸收帶的數量和位置來解釋元素的電子構型以及其化學環境的性質。它的主要優點是其能夠處理非常弱的光信號水平（非常低的透射率/反射率）。即使在樣品具有低反射率或在極端采樣條件下（例如使用反應室）測量時，也可以獲得高精度讀數。

而 Praying Mantis 附件憑借其設計的靈活性，支持在溫度和氣體氣氛可控的環境下，對固體樣品進行細致入微的反射研究。

Praying Mantis 附件應用場景：

1微量粉末樣品，低至 0.1 cm³（室溫下）

2常規粉末樣品高溫、低溫、加壓測試

3可用惰性氣體對樣品室進行吹掃，從而實現對易氧化或易潮樣品進行分析

本文案例采用 Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計（圖 1）和一個裝有高溫反應室的 Praying Mantis 附件（圖 2）進行，該附件已安裝校準并與粉末池一起使用。

圖 1. 安捷倫 Cary 5000 UV-Vis-NIR 分光光度計

圖 2. Harrick Praying Mantis 漫反射附件配有校準工具和粉末池

圖 3. 反應室

反應室（圖 3）可以引入反應氣體并與樣品發生反應，從而可以實現原位反應研究，確定反應速率，鑒定中間產物和反應產物。該反應室由一個帶有三個窗口的圓頂封閉，其中兩個窗口用于光進出反應室，而第三個窗口則用于觀察或照射樣品。由此便可以利用反應室進行光化學研究。

圖 4. （1）Ni[H₂O]6(NO₃)2/Al₂O₃在20-250℃的熱轉變 （2）紫外可見區變化

從光譜圖上來看，Ni2+ 離子表現出三個吸收帶，兩個在可見光區（約 400 和 600 nm），一個更寬的在近紅外區（約 1200 nm）。當溫度高達 110℃ 時，390 nm 波段的位移證明了水合硝酸鎳轉變為羥基硝酸鎳，而在 230℃ 以上形成 NiO。

圖 5. （1）近紅外區變化   （2）1800nm 以后的變化

在近紅外光譜范圍內，羥基硝酸鹽從室溫到 110°C 之間的發展（1153 nm 波段的移位到 1240 nm），以及鎳鹽和載體的脫水（1450 nm 的 -OH 損失）。在 1950 nm 和 2300 nm 處發現了另外兩個由吸附的水和氧化鋁羥基組成的能帶。通過在 1950 nm 處初始強帶的減弱可以清楚地看到脫水過程，在 250℃ 熱處理后，氧化鋁表面保留了一些羥基。

結 語

結果表明，安捷倫 Cary 5000 UV-Vis-NIR 系統憑借寬光度范圍和優異的信噪比，與 Harrick Praying Mantis 漫反射附件結合后，可以實現在 20-250°C 的溫度下對催化劑粉末樣品的分析，這一整合方案使得漫反射成為研究非均相催化或氣固界面反應的粉末的一種有價值的工具。