分子束研究气体分子在表面吸脱附动力学

分子束技术与表面电子谱、气体质谱分析技术相结合,形成分子束-表面散射谱,它是研究气体-表面相互作用动力学的有力工具.它的主要突破在于从分子(原子)量度来揭示诸如表面吸附、脱附、催化、腐蚀和能量适应等气体-表面作用过程.本文首先概述了表面吸附、脱附过程及类型,接着叙述了本实验室自行研制的分子束-表面散射装置的总体设计及用来研究表面吸脱附的实验技术.最后举例说明分子束技术在研究表面吸脱附中的应用.     

分子束张弛谱——一种研究材料表面特性的近代方法

分子束张弛谱是诸如分子束、质谱、表面分析等技术相结合的产物,它是一种研究材料表面特性的有效手段。它的主要突破在于能从分子(原子)量度来研究诸如表面吸附、脱附、催化、腐蚀、能量适应等宏观气体——表面过程。本文论述了分子束张弛谱的基本原理,实验装置与技术。并举例说明这种方法的某些应用。     

钛升华泵的残气分析

一、引言分子束──表面散射装置是研究气体分子与表面作用的重要手段,也是表面分析的方法之一[2]。它可从分子(原子)水平揭示诸如表面吸附、解吸、催化、腐蚀、能量适当等表面物理化学过程。为满足实验中所要求的超高真空,该装置除使用沈阳教学仪器厂生产的JWC-1型无油超高真空机组外,还配有大抽速的钦升华泵作为辅助泵。为提高测量的精度和准确度,我们对钛升华泵升华前后真空度的化变、残气成份及含量作了全面测量,以便消除钛系对实验结果的影响。 二、实验装置及方法 实验装置如图1,图中分析室部分用隔离阀与束源部分隔开。作该实验时…     

气体工业名词术语

吸附(Adsorption)气体分子碰撞固体表面，失去一定的动能而被滞留在固体表面的现象叫吸附。吸附作用因吸附分子(或称吸附质)和固体(或称吸附剂)的相互作用力的性质而区分为物理吸附和化学吸附两种。物理吸附的特点是：气体分子可以吸附凝结在固体表面任何位置上，与吸附剂之间的作用力是分子之间相互作用的内聚力(或称范德瓦耳力)或凝聚力。这种力比较弱，因而分子吸附时放出的热量比较小。吸附剂的选择依据是吸附物质的极性、沸点、分子直径、吸附剂孔径、吸附温度等多项因素。在特种气体提纯工艺中，利用固体吸附作用可将气体中的杂质除到10^-6～10^-8数量级。化学吸附的特点是：分子多半解离成原子或原子基吸附于固体表面上。     

NK—1型分子束—表面散射装置的研制

一、引言分子束可研究气体分子与表面单次碰撞作用,通过表面散射产物的驰予谱、角度及速度分布的检测,可洞察表面发生的微观动力学过程,能从分子(原子)层次来了解诸如吸附、脱附、催化、腐蚀和能量适应等气体——表面作用过程,是研究气体——表面     

N_2/W(110)散射过程的准经典轨迹研究

本文对双原子分子与固体表面相互作用系统进行了初步的动力学计算。其中表面作为具有波纹度的刚性表面进行处理,即忽略了气体分子与表面的能量传递。以N_2-W(110)系统为例,在已构造的分子-表面作用势基础上,用准经典轨迹(QCT)的方法进行了计算。在刚性表面的近似下,仍可观察到分子在表面上的离解、选择性吸附等现象。     

分子与表面相互作用动力学的理论研究

一、引言近些年来,气体原子、分子与固体表面相互作用动力学的研究在理论和实验上都得到了越来越广泛的重视。气固界面散射动力学是在近二、三十年才发展起来的一个跨学科的新学术领域,在某种意义上说,它可以被认为是由气相分子碰撞理论与固体物理相结合而成。正     

金属/合金材料吸附气体的热脱附研究进展

研究金属/合金材料中气体原子的迁移、聚集和成泡机制,通常以研究微观缺陷捕获气体原子的微观机制为出发点,分析气体原子与缺陷的相互作用,已成为研究材料中气体原子热动力学机制的一个主要课题。热脱附谱仪(thermal desorption spectroscopy,TDS)采用原子质谱分析技术测量材料表面吸附气体的热脱附量随温度变化,获取气体元素原子与空位、位错等微观缺陷的结合能,以及气体原子/气泡的迁移能、热脱附能等热力学参数,从而研究材料中不同微观缺陷捕获气体原子以及气泡形成的微观机理。充分调研了国内外应用TDS技术研究金属/合金材料中气体元素与微观缺陷相互作用机理的最新进展,特别是应用TDS技术研究反应堆结构材料中辐照嬗变气体产物氢/氦与辐照缺陷的相互作用。     

基于第一性原理的铜掺杂氧化锌对变压器油中溶解气体的吸附特性研究

油中溶解气体分析是评估变压器绝缘运行状态、保障设备安全稳定运行的有效方法之一。本文采用第一性原理研究了铜掺杂氧化锌(Cu-ZnO)对单个气体分子(CO₂、H₂及CH₄)的吸附及传感性能,深入分析了该种传感材料检测三种气体的可行性及应用前景:研究Cu原子在ZnO表面的掺杂行为;研究Cu-ZnO对单个气体分子的吸附行为以及吸附后Cu-ZnO的能带结构、态密度及功函数变化。结果表明:Cu-ZnO对三种气体均为物理吸附:H₂(-0.221 eV)、CH₄(-0.148 eV)及CO₂(-0.340eV);吸附三种气体后,Cu-ZnO的带隙有所改变,均呈降低趋势,但吸附CO₂后的WF变化与H₂及CH₄相反,表明其作为场效应晶体管传感器选择性检测CO₂和CH₄及H₂提供了可能性。本文所有内容为Cu-ZnO作为气敏传感材料实现对油中溶解气体的检测及设备绝缘运行状态的评估提供理论指导。     

双层石墨烯掺杂Pd对CO和NO的气敏特性研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了AA堆叠型双层石墨烯掺杂Pd原子(Pd/BG)后对气体分子CO和NO的气敏特性和吸附机理.结果表明,Pd原子的掺杂改变了双层石墨烯的电子性质和局部几何结构.Pd原子替代双层石墨烯的一个碳原子后,杂质原子突出层外区域(Po)和突入层间区域(Pi)都可以形成稳定结构,但是突出(Po)构型更有利于气体分子的吸附.对于Po构型,CO和NO吸附在Pd/BG上的最稳定结构是不同的,CO分子与石墨烯表面呈一定夹角,而NO分子近似垂直于石墨烯表面.Pd/BG对NO分子的吸附强于CO分子.气体分子在Po构型上属于化学吸附,而在Pi构型上属于物理吸附.Pd/BG吸附CO和NO气体分子后具有不同的电子性质.Pd/BG体系为半导体性质,在吸附CO气体分子后,转变为金属性,系统无磁性;而在吸附NO气体分子后变为金属性且具有较大磁矩.这种电子性质的变化能够阐明气体分子吸附的敏感程度.研究结果能够为石墨烯基的气体传感器或者探测器提供理论基础和实验指导.     

木质纤维素/纳米蒙脱土复合材料对废水中Cu(Ⅱ)的吸附及解吸

采用木质纤维素(LNC)与纳米蒙脱土(nano-MMT)插层复合制备出的LNC/nano-MMT复合材料作为吸附剂,进行了模拟含铜废水中Cu(II)的吸附和解吸实验。通过静态吸附实验,研究了含Cu(II)溶液的初始浓度、pH值、吸附温度和吸附时间对溶液中Cu(II)吸附效果的影响。结果表明:最佳的吸附条件是Cu(II)溶液初始浓度0.03mol·L-1,pH值4.9,吸附温度50℃,吸附时间60min时,吸附容量达到最大值322.56mg·g-1。准二级动力学模型能很好地描述其吸附过程,吸附等温线符合Langmuir模型。使用HNO3对LNC/nanoMMT复合材料进行解吸再生实验。结果表明:以0.1mol·L-1的HNO3作为解吸剂,解吸温度40℃,超声波解吸时间30min时最大解吸量可达到283.15mg·g-1。结合XRD、SEM和FTIR分析LNC/nano-MMT复合材料的吸附机制。吸附/解吸循环实验研究表明:LNC/nano-MMT复合材料重复使用4次时吸附量仍较高,是一种优良的可循环利用的高效吸附剂。     

显象管内残气的定量分析

一、前言 显象管是由多种材料组成。如黑白显象管由玻壳、电子枪(不锈钢电极、灯丝和氧化物阴极)、石墨乳、铝膜、荧光粉和消气剂等组成。这些材料表面上吸附大量气体分子,内部也溶解了部份气体分子。在管子排气过程中,经过烘烤除气、阴极分解和激活后,材料表面和内部大量气体已被排除,但仍有部份气体分子停留在材料的表面和内部。当管子封离后,材料表面的气体分子有可能解吸而进入真空空间,真空空间内的气体分子有可能同材料表面碰撞而被再吸附,形成了动态平衡过程;材料内溶解的气体分子,由于排气规范的某种原因未能扩散进入真空空间被真空…     

新型纳米多孔材料——金属有机配位聚合物的包结作用及其应用研究进展

金属有机配位聚合物(MOCPs)具有纳米多孔的特殊结构,且结构具有可设计性,通过MOCPs活性位点与客体分子的包结作用能够选择性地包结多种客体分子,表现出特有的分子识别能力.MOCPs作为一种新型多孔材料在择形及手性催化、吸附分离、气体储存、分子识别与传感、生物模拟、微反应器等研究应用方面具有诱人的潜力.综述了MOCPs的设计、合成及主-客体相互作用方式,并展望了这种聚合物的应用前景.     

沉淀法制备中药黄芩素分子印迹微球

以黄芩素(BAI)作为模板分子,α-甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,采用沉淀聚合法不同溶剂体积制备了系列分子印迹聚合物。紫外光谱研究了模板与功能单体相互作用情况,傅里叶变换红外光谱、场发射扫描电子显微镜对其结构进行了表征,并通过动力学吸附和选择性吸附实验对其吸附动力学和热力学以及特异性识别进行了研究。结果表明,模板分子和功能单体之间通过氢键自组装形成1∶4配合物;不同溶剂体积对聚合物微球的结构影响显著:随着溶剂体积增加,印迹聚合物微球粒径增加,而吸附量减小;其动力学吸附符合准二级动力学模型,吸附热力学表明其吸附以物理吸附为主;聚合物微球对不同结构底物槲皮素(Qu)和氯霉素(CAP)的吸附表现出低的吸附量,分离因子分别为17.69和26.03。     

研究气体—表面作用的玻璃结构的分子束装置

本文叙述了我们根据实验室特点自行设计和制造的一台用来研究气体-表面作用的玻璃结构分子束的装置。它的优点是价格低廉,制造容易。在这台仪器上进行了CO/Pt(多晶)系统的催化氧化实验。实验表明,这台仪器能反映气体-表面反应(多相催化)的不同过程,因而它是一台研究气体-表面作用的有用工具。     

真空技术及应用系列讲座 第十二讲:真空工艺

2 .3.1　表面吸附气体的除气 (上接 2 0 0 3年第 5期第 6 6页 )金属表面的气体包括物理吸附和化学吸附的气体。物理吸附的吸附热一般小于 4 2千焦 /克分子 ,相当于气体分子在表面的凝聚。化学吸附的作用力是化学键力 ,比物理吸附力强得多 ,气体分子与固体表面原子间发生化合作用 ,或分子离解成离子被化学键吸附在表面上。表面气体量得多少主要与表面状况 ,如粗糙度、氧化层得性质与厚度、污物种类和数量等有关。表面越粗糙或形成疏松多孔得氧化层 ,则吸附的气体量将显著增大。通常金属表面都会生成厚度为 10 10 0 0nm的多孔性氧化膜。面积…     

有机与无机改性蒙脱石对鲑鱼精DNA吸附特征研究

利用聚羟基Fe/Al制备出无机柱撑蒙脱石,以阳离子表面活性剂HDTMA、阴离子型的表面活性剂SDS作为有机改性剂制备出有机改性蒙脱石,并且通过XRD、FT-IR、BET和zeta电位等表征手段对柱撑粘土进行表征,首次研究了具有不同层间结构的改性蒙脱石对鲑鱼精DNA的吸附特征。DNA吸附量大小顺序为HTDM-MMT>MMT>SDS-MMT-Fe/Al-MMT。HTDMA改性促进了蒙脱石的吸附,吸附量达61.04μg/mg。而SDS覆盖其表面后,吸附量减至26.88μg/mg。在pH值为5.0～9.0范围内,有机改性蒙脱石对DNA的吸附量随pH值下降幅度远小于原土。吸附动力学研究表明,控制改性蒙脱石吸附DNA的主要步骤是化学吸附。用NaOAc和NaH2PO4解吸DNA时,有机与无机蒙脱石解吸规律有明显差异。实验结果表明,结构、电负性及表面性质是影响不同改性蒙脱石吸附DNA分子的关键因素。     

固-气界面的吸附与脱附

一、表面吸附 1·1固-气界面 空间的气体分子在运动中与固体表面相碰时,分子或是由表面弹性反射;或者是附着在表面上一些时间,然后逸回空间(离去的方向与入射方向无关)。在大多数情况下,碰撞表面的分子都在界面上停留一定的时间。此时间的长短取决于气体分子与表面相互作用的一些因素,如表面的组成、结构和状态以及气体分子的种类及其动能等。在一定的压强下,将有一定数量的分子连续不断地碰在界面上,因在重新逸回空间之前要在固体表面上停留一些时间,则气体在界面上的密度必将高于其在气相中的密度,表现为一部分气体分子附着于固体表面上,…     

高分辨电子能量损失谱(ELS)及其谱仪

固体表面上吸附的原子和分子振动的检测和分析,对于了解化学吸附的细节是很有帮助的。这是因为这种振动反映了吸附分子内部,以及吸附分子和衬底之间化学键的强度和它们的配置。近年来,人们用反射红外光谱、高分辨电子能量损失谱(HighResolution　Electron Energy loss Spe-etroscopy筒写为ELS)和非弹性电子隧道谱来研究固体表面上原子分子的振动[1]。其中ELS是在超高真空条件下,研究表面振动的最好的方法。这种方法除了用来研究清洁固体表面的振动和研究吸附了气体的表面的振动之外,还可用来研究固体中电子的跃迁[2]。 ELS方法的基本…     

羧基功能化榴莲壳对水中Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的生物吸附研究

研究了柠檬酸改性榴莲壳对水中Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的吸附效果、动力学与等温吸附特性。通过SEM、FT-IR和XPS表征测试,分析榴莲壳改性前后的特征变化,并探讨榴莲壳的改性和吸附机理。表征分析发现,以N,N’-羰基二咪唑为活性剂进行榴莲壳表面改性后,在1 730和1 640cm-1处分别出现明显的酯羰基和自由羧基吸收峰,且改性后m(O)/m(C)原子质量比明显增大,说明柠檬酸成功接枝到榴莲壳表面。吸附实验结果表明,榴莲壳经改性后对Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)的吸附量有明显地提高,分别是未改性榴莲壳的3.15和2.42倍,且当两种金属离子共存时,Pb(Ⅱ)的竞争吸附优于Cr(Ⅲ)。动力学研究显示,改性榴莲壳吸附Pb(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)在120min内达到平衡,实验数据符合准二级动力学模型(R20.9975)。在25℃下,等温吸附过程可采用Freundlich模型(R20.9902)进行拟合。吸附-解吸实验表明,CM-CDIDRS对Pb(Ⅱ)进行4次吸附再生循环后仍能保持较高吸附能力。