固体表面题答案

《固体表面物理化学》一．小论文结合自己的科研项目，谈谈表面技术可以获得哪些有用的信息？课题不固定，可以自己定。如果有初步的实验结果，也可列举。二．简答1.列举三位在表面化学领域获得诺贝尔奖的科学家，并阐述贡献。德国化学家奥斯特（WilheinOstwald）1909年获得诺贝尔化学奖比较清晰地提出了催化作用的概念，研究催化剂，提出化学平衡和反应速度的原理，发明了由氨氧化法制取一氧化氮等主要贡献。美国化学家兰缪尔(IrvingLangmuir)1932年获得诺贝尔化学奖，首次提出原子清洁面概念,并由此提出单层化学吸附,吸附位置,吸附等温线;提出表面非均匀特性;提出化学吸附物种之间相互作用的催化机理,以及吸附偶极子之间的排斥作用等,构成了固体化学的第一革命.德国化学格哈德·埃特尔（GerhardErtl）2007年获得诺贝尔化学奖。埃特尔是最早认识到现代表面研究技术在固体表面化学过程中巨大潜力的科学家之一。自上世纪60年代来，逐步建立了研究固体表面化学过程的方法学，通过利用多种研究技术的组合，在原子分子层次提供了一个表面化学反应的完整图像，为固体表面化学研究奠定了科学基础。埃特尔的两个最典型的贡献是合成氨反应过程的催化机理的认识和表面非线性反应动力学理论的建立。（10分）4.为什么普通光学显微镜的分辨率有限，而透射电子显微镜可以获得远比光学显微镜高的分辨率？请详细阐述。光学显微镜以可见光作照明束，透射电子显微镜则以电子为照射束，利用电子的波动性来观察固体材料形貌、内部缺陷和直接观察原子结构的仪器。光学显微镜其最大的分辨能力为0.2μm，正常人眼的分辨能力为0.2mm，因此普通的光学显微镜只有1000倍。透射电子显微镜大采用5级透镜放大，即中间镜和投影镜各有两级。成像模式的总放大倍数：MT=M0·MI1·MI2·MP1·MP2尽管复杂得多，它在原理上基本模拟了光学显微镜的光路设计，简单化的可将其看成放大倍率高得多的成像仪器。一般光学显微镜放大倍数在数十倍到一千倍。而透射电镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之间。（15分）5.为什么可以通过红外光谱研究吡啶在催化剂上的吸附，作为催化剂表面L酸和B酸判定的依据？请详细阐述。（15分）C5H5N（pKB=9），碱性弱于NH3（pKB=5），它只同强酸中心反应。基本理论依据是：1.C5H5N在氯仿中的红外光谱；2.是C5H5N同典型的电子对受体BH3络合物在氯仿溶液中的红外光谱；3.在氯仿中C5H5N和HCl（给出质子）形成（C5H5N：H+）Cl的红外光谱。根据以上的3种光谱带可以判别出催化剂表面的B酸和L酸。C5H5N：BH3中的C5H5N类似于C5H5N吸附在L酸中心，而（C5H5N：H+）Cl类似于C5H5N吸附在B酸中心。在氯仿当中的C5H5N相当于物理吸附的C5H5N。因此利用在1640—1500cm-1和1500—1440cm-1范围光谱上的差异可以区别物理吸附吡啶和配位到L酸中心的吡啶以及吸附在B酸中心的吡啶，其普带如下表，即液体C5H5N面内环变形振动吸收带是1580cm-1和1572cm-1；吸附在B酸中心后，在1540cm-1出现特征峰。液体C5H5N的CH变形振动在1482cm-1和1439cm-1出现吸收峰，而吸附在L酸中心后，特征峰在1450cm-1.所以利用1540cm-1吸收带表征B酸中心，1450cm-1吸收带表征L酸中心。6.阐述拉曼散射的原理，请结合能级图表示。拉曼光谱和红外光谱相比有何优点？当激发光与样品分子作用时，样品分子即被激发至能量较高的虚态(图中用虚线表示)。左边的一组线代表分子与光作用后的能量变化，粗线出现的几率大，细线表示出现的几率小，因为室温下大多数分子处于基态的最低振动能级。中间一组线代表瑞利(Rayleigh)散射，光子与分子间发生弹性碰撞，碰撞时只是方向发生改变而未发生能量交换。右边一组线代表拉曼散射，光子与分子碰撞后发生了能量交换，光子将一部分能量传递给样品分子或从样品分子获得一部分能量,因而改变了光的频率。能量变化所引起的散射光频率变化称为拉曼位移。由于室温下基态的最低振动能级的分子数目最多,与光子作用后返回同一振动能级的分子也最多,所以上述散射出现的几率大小顺序为：瑞利散射Stokes线反Stokes线。随温度升高，反Stokes线的强度增加。其原理图如下所示：答案一：拉曼光谱和红外光谱相比的优点：.拉曼光谱的光谱范围大：拉曼光谱的为40—4000cm-1红外光谱的为400-4000cm-1所用的溶剂更方便：拉曼光谱可用水做溶剂，红外光谱不能用水所用的容器更方便：做拉曼光谱时样品可用玻璃瓶，毛细管等容器盛放直接测定，红外不能用玻璃容器测定样品制作简单：做拉曼光谱时固体样品可直接测定，做红外光谱样品需要研磨制成KBR压片。答案二：1．IR使用的是红外光，尤其是中红外，好多光学材料不能穿透，限制了使用，而拉曼可选择的波长很多，从可见光到NIR，都可以使用。2．用拉曼光谱分析时，样品不需前处理。而用红外光谱分析样品时，样品要经过前处理，IR有时候相对比较的复杂，耗时间，而且可能会损坏样品，但是拉曼并不存在这些问题。7.物理吸附和化学吸附的作用力都有哪些？详细阐述物理吸附和化学吸附的区别。物理吸附的作用力：范德华力，静电力，诱导力，色散力化学吸附力：价键力物理吸附和化学吸附的区别：吸附作用力的不同：物理吸附作用力主要是范德华力，化学吸附作用力主要是价键力。吸附热的不同：物理吸附总是放热的，化学吸附可能放热也可能吸热的，物理吸附热比液化热稍大，化学吸附热可与化学反应热相比。吸附速率的不同：物理吸附很快，有时受扩散限制，化学吸附通常需要一定的活化能，分为活化吸附和非活化吸附。温度对吸附的影响不同：物理吸附的吸附量总是随着温度的升高而单调降低，化学吸附量受温度的影响比较复杂。（另外，没给的两题都在第一章）