ИК-спектроскопия поверхности оксидов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, доктор физико-математических наук Цыганенко, Алексей Алексеевич

• Цыганенко, Алексей Алексеевич
• доктор физико-математических наук
• 2000

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Цыганенко, Алексей Алексеевич

1. ВВЕДЕНИЕ

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1. Методика исследований.

2.1.1. Кюветная техника.

2.1.2.Приготовление образцов

2.1.3. Процедура измерений

2.1.4. Количественные измерения 13 2 1.5. Регистрация спектров и вычислительная техника 15 2.1.6 Основные результаты

2.2. Структура гидроксильного покрова и свойства поверхностных ОН-групп 16 2 2.1 Связь спектра валентных колебаний ОН со структурой кристалла

2.2.2 Оксид алюмин ия

2.2.3 Зависимость частоты валентных колебаний от свойств элемента

2.2.4 Амино- и метокси- группы

2.2.5 Деформационные колебания поверхностных ОН-групп

2.2.6 Основные результаты

2.3. Исследование активных центров поверхности с помощью адсорбированных молекул-тестов.

2.3.1. Адсорбционные свойства поверхностных ОН-групп

2.3.2. Электроноакцепторные свойства поверхностных атомов металла.

2.3.3. Электронодонорные центры поверхности

2.3.4 Основные результаты

2.4. Интенсивность, полуширина и форма контура полос поглощения поверхностных соединений

2.4.1 Интенсивность полос колебаний, активных в ИК-спектрах поглощения

2.4.2 Индуцированное поглощение адсорбированных Н2, Ог и N

2.4.3. Одновременные колебательные переходы с участием адсорбированных молекул

2.4.4. Спектральное обнаружение комплексов СО с катионом со связью через атом кислорода

2.4.5. Температурная зависимость положения и полуширины полос поверхностных соединений

2.4.6. Основные результаты 142 2.5 Латеральные взаимодействия на поверхности оксидов

2.5.1 Спектральные проявления латеральных взаимодействий

2.5.2 Природа латеральных взаимодействий на поверхности оксидов

2.5.3 Тонкая структура спектра, обусловленная взаимодействием.

2.5.4 Компьютерное моделирование спектров взаимодействующих молекул 161 2.5.5. Основные результаты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ИК-спектроскопия поверхности оксидов»

На фоне существующих уже не первое столетие разделов физики, посвященных изучению различных агрегатных состояний вещества, наука о границах раздела и адсорбированном состоянии стала стремительно развиваться только в послевоенные годы, что обусловлено, очевидно, потребностью промышленности, и в первую очередь, появлением микроэлектроники и созданием новых технологий катализа. Среди различных адсорбентов и катализаторов оксиды занимают особое положение, являясь наиболее распространенными и устойчивыми соединениями земной коры. Кроме того, в обычных условиях поверхность большинства металлов и полупроводников почти всегда покрыта оксидной пленкой, сильно влияющей на физические и химические свойства характеристики объекта.

Колебательная спектроскопия давно стала одним из основных методов получения информации о микроскопической структуре поверхности адсорбентов. В последние годы возникло большое число новых методов получения колебательных спектров поверхностных соединений, таких как спектроскопия энергетических потерь электронов, неупругого рассеяния нейтронов, неупругого электронного туннелирования, комбинационное рассеяние, усиленное поверхностью (SERS) и др., однако и "классическая" ИК-спектроскопия пропускания, впервые примененная к изучению поверхностных соединений в лаборатории академика А.Н.Теренина, отнюдь не исчерпала своих возможностей.

Действительно, вплоть до настоящего времени в большинстве работ из массы данных, получаемых из ИК-спектров, использовались почти исключительно сведения о положении полос поглощения, тогда как информация об интенсивности, полуширинах, изотопных сдвигах и других более тонких характеристиках спектров оставалась вне поля зрения экспериментаторов. Явно недостаточно внимания уделялось условиям наблюдения. Почти все измерения производили при комнатной температуре, что диктовалось, очевидно, исключительно удобством работы, поскольку выбор ее с физической точки зрения абсолютно случаен.

Целью работы, в связи со сказанным выше, явилось детальное исследование поверхности оксидов, строения и свойств поверхностных центров и адсорбционных комплексов, природы взаимодействия молекул с поверхностью и латеральных взаимодействий между адсорбированными молекулами методом ИК-спектроскопии пропускания в широком диапазоне температур.

Для достижения этой цели оказалось необходимым развитие методики исследования ИК-спектров поверхностных соединений, и в первую очередь, создание юоветной техники, позволяющей работать в широком температурном интервале. Предполагалось, что это даст возможность на более высоком научном уровне изучить строение поверхности оксидных адсорбентов и катализаторов, получить новую, в том числе количественную информацию о поверхностных ОН-группах, кислотных и основных центрах поверхности. Благодаря уменьшению полуширины полос поглощения при понижении температуры можно было надеяться с использованием метода изотопного замещения установить структуру нестабильных промежуточных продуктов, образующихся в результате химических реакций на поверхности и наблюдать проявления эффектов взаимодействия между адсорбированными молекулами.

Представленная диссертация обобщает результаты многолетней работы автора и выполненных под его руководством аспирантских и студенческих работ. Часть включенных в нее результатов были получены еще в семидесятые годы в соавторстве с В.Н.Филимоновым, когда автору посчастливилось работать в руководимой им лаборатории. Развитые в тех ранних работах представления о гидроксильном покрове оксидов успешно выдержали испытание временем и зачастую воспринимаются теперь как очевидные. В работу вошли и свежие результаты последних лет, выполненные с использованием современной экспериментальной и вычислительной техники. В целом, представляется, что итоги проделанной работы оправдали ожидания, и развитый в работе метод исследования ИК-спектров поверхностных соединений в широком температурном интервале оказался достаточно информативен и сможет еще немало дать для понимания процессов на поверхности.