上海交通大学：《能源材料——原理与应用》课程教学资源（课件讲稿）04 材料表征（能源材料的表征技术 Characterization Technology）

能源材料的表征技术 Characterization Technology 合成 表征 性能 上洋充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 燃烧与环境技术研究中心上官文峰

能源材料的表征技术 Characterization Technology 合 成 表 征 性 能 燃烧与环境技术研究中心 上官文峰

宏观物性表征(macro-physical property) 体相性质表征(bulk phase property) 表面性质表征(surface property) 显微技术(micrological technique) 上海充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

• 宏观物性表征（macro-physical property） • 体相性质表征（bulk phase property） • 表面性质表征（surface property） • 显微技术（micrological technique）

宏观物性及其测定 HANCHAL IIAO TONG UNIVERSKS 颗粒、比表面积和孔结构 SiO2 SiO,@Au SiO2@Au@TiO2 Au TiOz 沉积 包覆 上海汽通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

宏观物性及其测定 颗粒、比表面积和孔结构

颗粒分析 ● 颗粒尺寸（particle size)称为颗粒度，实际材料颗粒是成型的粒 团即颗粒集合体，因此狭义材料颗粒度系指成型粒团的尺寸；负载型 材料负载的金属或其化合物粒子是晶粒或二次粒子，它们的尺寸符合 颗粒度的正常定义。通常测定条件下不再人为分开的二次粒子（颗粒 )和粒团（颗粒集合体）的尺寸，都泛称颗粒度。 晶粒 ,孔隙 agglomerate(10-100 um) domain0.1-1μm) particles (0.01-0.1 um) 上游通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

颗粒分析 • 颗粒尺寸（particle size）称为颗粒度，实际材料颗粒是成型的粒 团即颗粒集合体，因此狭义材料颗粒度系指成型粒团的尺寸；负载型 材料负载的金属或其化合物粒子是晶粒或二次粒子，它们的尺寸符合 颗粒度的正常定义。通常测定条件下不再人为分开的二次粒子（颗粒 ）和粒团（颗粒集合体）的尺寸，都泛称颗粒度

粒度特征参数 人具e D4,3):1.90 m D50:1.80 m D(3,2):1.28 HmS.S.A.:4.67 m2 /e.c. D10:0.73Hm D25:1.18 m D75:2.50 HmD97:3.96 m 粒度分布图 100 2016 80 辉大大 12 8- 120 0- 0.050.10.2 0.5125102050100200 粒径μm] 上泽究通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

比表面积（specific surface area 孔结构(microporous structure) 单位重量材料所具有的表面积称为比表面，其中具有活性的表面称活 性比表面，也称有效比表面。 ,比表面的测定依赖于吸附过程。 材料总表面积的测定目前所采用的方法基本上均为低温物理吸附法， 而其中的BET法是目前材料表面积测定的标准方法。 P P V(Po-P) +(N V:压力为P,温度为T条件下被吸附气体的体积； Vm:全部固体表面盖满一个单分子层时所吸附的气体体积； P:饱和蒸汽压；C:常数 1938年S.Brunauer、P.H.Emmett和E.Teller在Langmuir.单分子吸附理论上提出 了多分子吸附理论

比表面积（specific surface area） 孔结构（microporous structure） • 单位重量材料所具有的表面积称为比表面，其中具有活性的表面称活 性比表面，也称有效比表面。 • 比表面的测定依赖于吸附过程。 • 材料总表面积的测定目前所采用的方法基本上均为低温物理吸附法， 而其中的BET法是目前材料表面积测定的标准方法。 P V(Po-P) Po P Vm·C Vm·C 1 C-1 ( ) = + V: 压力为P，温度为T条件下被吸附气体的体积； Vm: 全部固体表面盖满一个单分子层时所吸附的气体体积； Po: 饱和蒸汽压; C：常数 1938年S.Brunauer、P.H.Emmett和E.Teller在Langmuir单分子吸附理论上提出 了多分子吸附理论

凌sw PHANCHAL IIAO TONG UNIVERSIE 常压加热吹扫，、通过控制混气比例、 上升液氨杯、 下降液氨杯，检 得到所需分压点 吸附 测被吸附气体量 —→测试结束 样品预处理 多点测试 液氮温度：-196℃ 等温线 413,1 g 371.8 330.5 289.2 2479 2065 166.2 121.9 BT比表面积 82 03 06

液氮温度：-196°C

体相性质表征 。元素分析技术(elemental analysis) 0 光谱及衍射技术(spectroanalysis&diffraction) 0 热分析技术(thermoanalysis) 上泽究通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

体相性质表征 • 元素分析技术（elemental analysis） • 光谱及衍射技术（spectroanalysis & diffraction） • 热分析技术（thermoanalysis）

元素分析技术 。 材料中的成分（元素）与你设定的一样吗？ ·内部与表面一样吗？ 元素分析技术主要用于定性和定量材料体相各元素的组成或材料表面微 区元素的组成，这是材料分析表征的首先所要解决的问题 ● 通过材料元素组成的定性与定量分析，可得到主要组分（活性组分、 助剂、载体等)及杂质（制备和使用过程中由于原料带入的杂质、毒物 污染物及生成的沉积物等)的组成、含量及其在颗粒中的分布。 元素组成的定性与定量分析： 化学分析：如酸碱滴定及络合滴定、电化学分析法 分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法、X荧光 分析法等。 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES) 能量色散法(Energy Dispersive Spectrometer) 上洋充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY

元素分析技术 • 元素分析技术主要用于定性和定量材料体相各元素的组成或材料表面微 区元素的组成，这是材料分析表征的首先所要解决的问题。 • 通过材料元素组成的定性与定量分析，可得到主要组分（活性组分、 助剂、载体等）及杂质（制备和使用过程中由于原料带入的杂质、毒物 、污染物及生成的沉积物等）的组成、含量及其在颗粒中的分布。 • 元素组成的定性与定量分析: • 化学分析: 如酸碱滴定及络合滴定、电化学分析法 • 分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法、X荧光 分析法等。 • 电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES) • 能量色散法(Energy Dispersive Spectrometer) • 材料中的成分（元素）与你设定的一样吗？ • 内部与表面一样吗？

谱学技术 谱学(spectroscopy)技术在材料体相性质的表征中有着广 泛的应用，通过谱学技术可以获取材料的结构性质（如骨架结 构、结晶度、晶粒大小)和局部性质（如氧化态、配位数、对 称性等)。 频率V 高 低 分子光谱技术 能量 化学键断裂 电子跃迁 振动氏迁 转动跃迁原子核自转 ·X射线谱技术 无线 x射线 紫外 红外 微波 。共振谱技术 电波 射频区 IR R 紫外 可见 振动红外 核磁共振 200rum 400nm 800nm2.5μ 15μ 1m 5m 上游通大粤 短 波长λ 长 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 图1（一光波谱区及能量跃迁相关图

谱学技术 谱学（spectroscopy）技术在材料体相性质的表征中有着广 泛的应用，通过谱学技术可以获取材料的结构性质（如骨架结 构、结晶度、晶粒大小）和局部性质（如氧化态、配位数、对 称性等）。 • 分子光谱技术 • X射线谱技术 • 共振谱技术