西大催化剂表征扫描电子显微镜

1、形形 貌貌 表表 征征广西大学化学化工学院 许雪棠引言n材料的形貌尤其是纳米材料的形貌是材料分析的重要组成部分。n对于纳米材料，其性能不仅与材料颗粒大小还与材料的形貌有重要关系。n形貌分析主要内容包括：材料的几何形貌、材料的颗粒度、颗粒的分布以及形貌微区的成分和物相结构等方面。续n纳米材料常用的形貌分析方法主要有：纳米材料常用的形貌分析方法主要有：n1.扫描电子显微镜（扫描电子显微镜（SEM）n2.透射电子显微镜（透射电子显微镜（TEM） n3.扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（STM）n4.原子力显微镜（原子力显微镜（AFM）四种方法的特点：四种方法的特点：n1.扫描电镜SEM和透射电镜TEM

2、形貌分析不仅可以分析纳米粉体材料，还可以分析块体材料的形貌。n2.扫描电镜SEM可以提供从纳米到毫米范围内的形貌图像。n3.透射电镜TEM比较适合纳米粉体样品的形貌分析，但颗粒大小应小于300nm，否则电子束不能穿透。若需对块体样品分析，需对样品做减薄处理。n4.对于更小的颗粒，只能用扫描隧道显微镜STM和原子力显微镜AFM进行分析。续n5.利用透射电镜的电子衍射能够较准确地分析纳米材料的晶体结构，因此许多纳米材料的研究，都采用TEM作为表征手段之一。n6.扫描隧道显微镜STM主要针对一些特殊导电固体样品的形貌分析，可以达到原子量级的分辨率，仅适合具有导电性的薄膜材料的形貌分析和表面原子结构分

3、布分析，对纳米粉体材料不能分析。n7.原子力显微镜AFM可以对纳米薄膜进行形貌分析，虽比扫描隧道显微镜差，但适合导体和非导体样品，不适合纳米粉体的形貌分析。1. SEM基本原理n扫描电子显微镜扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope ）于）于2020世纪世纪3030年代问世，是用于观察样品年代问世，是用于观察样品表面微区形貌和结构的一种表面微区形貌和结构的一种大型精密电子光学仪器大型精密电子光学仪器。nSEMSEM的工作原理是利用一束的工作原理是利用一束极细的聚焦极细的聚焦电子束电子束扫描样品扫描样品表面，激发出某些与样品表表面，激发出某些与样品表面结构有关的物

4、理面结构有关的物理信号信号（如（如二次电子、背散射电子）来二次电子、背散射电子）来调制一个同步扫描的显像管调制一个同步扫描的显像管在相应位置的在相应位置的亮度亮度面成面成像像。日立公司日立公司S-4800型高分辨场发射扫描电镜型高分辨场发射扫描电镜电子束与固体样品作用时产生的信号图为样品在电子束轰击下图为样品在电子束轰击下可能产生的各种信号。可能产生的各种信号。 其中，其中，二次电子二次电子和和背散射背散射电子电子信号是与扫描电镜成信号是与扫描电镜成像的主要信号；像的主要信号； 特征特征X射线射线则是与扫描电则是与扫描电镜相结合的电子探针进行镜相结合的电子探针进行成分分析时的采集信号成分分析时

5、的采集信号。续定义定义能量能量/eV/eV作用作用深度深度/nm/nm特点特点二次电二次电子子被入射电子束轰击被入射电子束轰击出来的固体中原子出来的固体中原子的核外电子的核外电子5010-4 Torr。小结经三级电磁透镜聚焦后，经三级电磁透镜聚焦后，电子束成直径几纳米的电电子束成直径几纳米的电子束子束末级透镜上部扫描末级透镜上部扫描线圈使电子束在试样表面线圈使电子束在试样表面做光栅状扫描做光栅状扫描试样在电试样在电子束作用下，激发出各种子束作用下，激发出各种信号信号探测器接收信号，探测器接收信号，经信号处理系统后输送到经信号处理系统后输送到显像管显像管栅极调制显像管亮栅极调制显像管亮度。度。对

6、试样的要求n试样可以是块状或粉末颗粒，在真空中能保持稳定，含有水分的试样应先烘干除去水分，或使用临界点干燥设备进行处理。n表面受到污染的试样，要在不破坏试样表面结构的条件下进行适当清洗，然后烘干。n新断开的断口或断面，一般不需要进行处理，以免破坏断口或表面的结构状态。有些试样的表面、断口需要进行适当的侵蚀，才能暴露某些结构细节，则在腐蚀后应将表面或断口清洗干净，然后烘干。续n对磁性试样要预先去磁，以免观察时电子束受到磁场的影响。n对于块状的非导电或导电性较差的材料，要先进行镀膜处理，在材料表面形成一层导电膜。以避免电荷积累，影响图象质量。 还可以减轻由电子束引起的样品表面损伤；增加二次电子的产

7、率，提高图像的清晰度；并可以掩盖基材信息，只获得表面信息。试样的制备n对于粉末状导电材料，先将导电胶粘结在样品座上，再均匀地把粉末样品撒在上面，用洗耳球吹走未粘住的粉末，再镀上一层导电膜，即可上电镜观察。n对于块状导电材料，除了大小要适合仪器样品座尺寸外，基本上不需进行什么制备，用导电胶把试样粘结在样品座上，即可放在扫描电镜中观察。3. SEM在催化研究方面的应用扫描电镜技术作为表面微观分析的重要手段之一扫描电镜技术作为表面微观分析的重要手段之一，能够观察催化剂表面形貌和检测催化剂表面，能够观察催化剂表面形貌和检测催化剂表面微区成分，对催化剂的研制微区成分，对催化剂的研制 和开发具有重要和开发

8、具有重要意义。其主要应用于研究催化剂的晶形、表面意义。其主要应用于研究催化剂的晶形、表面形貌、活性组分分散状态、贵金属催化剂中贵形貌、活性组分分散状态、贵金属催化剂中贵金属涂层厚度等方面。金属涂层厚度等方面。续自从自从20世纪世纪60年代初期世界上第一台扫描电子显年代初期世界上第一台扫描电子显微镜（简称为微镜（简称为SEM）问世以来，扫描电镜得到）问世以来，扫描电镜得到了迅速的发展，种类不断增多，性能日益提高了迅速的发展，种类不断增多，性能日益提高。扫描电镜上配备有。扫描电镜上配备有EDS后，其应用范围就更后，其应用范围就更加广泛了。利用扫描电镜及其附件能够快速、加广泛了。利用扫描电镜及其附件

9、能够快速、有效地获得固体样品表面的微区形貌和成分。有效地获得固体样品表面的微区形貌和成分。举例n扫描电镜作为材料表面分析技术之一，在催化扫描电镜作为材料表面分析技术之一，在催化剂的结构表征中发挥了重要作用。剂的结构表征中发挥了重要作用。n运用扫描电镜技术，能够直观清晰地观察到催运用扫描电镜技术，能够直观清晰地观察到催化剂的晶形、结晶规整度、有无杂晶及无定形、化剂的晶形、结晶规整度、有无杂晶及无定形、晶粒分布是否均匀、晶粒大小、微区粒径分布、晶粒分布是否均匀、晶粒大小、微区粒径分布、催化剂混合生长状态等信息。催化剂混合生长状态等信息。图中图中MgSAPOMgSAPO分子筛晶体呈六棱柱体，表面为规

10、则的正六边形，杂晶分子筛晶体呈六棱柱体，表面为规则的正六边形，杂晶及无定形很少，晶粒大小均匀，长度在及无定形很少，晶粒大小均匀，长度在10103030 m m，结晶状态良好，结晶状态良好。图中的图中的MgSAPOMgSAPO分子筛存在正方形杂晶及大量的无定形物质，晶分子筛存在正方形杂晶及大量的无定形物质，晶粒分布不均匀，长度分布于粒分布不均匀，长度分布于15158484 m m，结晶少且晶体规整度差，结晶少且晶体规整度差。 图为合成的图为合成的SAPOSAPO分子筛的晶体形状，晶粒呈圆饼状，大小比较分子筛的晶体形状，晶粒呈圆饼状，大小比较均匀，尺寸分布在均匀，尺寸分布在10103030 m m，