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我们来看一下ζ电位仪测定的

是指的是哪个地方的电位

实际上ζ电位里面测定的电位是指的是剪切面的电位

这个剪切面 是用来表征颗粒分散体系的稳定性的指标

那么何为剪切面

所谓的剪切面 首先要明确的概念

不是指的斯特恩层

是指的是体现在颗粒的稳定性

这剪切面就在一个面把给切下来

举这个例子 在这个面把切下来

切完后这个面的左边指的是在电场或是在电场作用

这种固体颗粒移动的过程中

剪切面之前面的所有离子应该是跟着固体移动的

是稳定的状态

这部分是稳定的

剪切面外面是不稳定的

那么说剪切面电位就体现出来了它的高低

比如说开始电位是这么高的

剪切面的电位是这么低的

高低就决定了整个稳定层里面离子的数目

要定义剪切面是非常重要的

那么剪切面说了不是通过斯特恩模式来确定的

用的最多的是亥姆霍兹理论和古埃理论的

古埃－查理曼理论的结合

首先来看一下前面已经没有疑义

疑义的是 这是斯特恩的外层

这是溶剂分子是内层

开始是把它叫做斯特恩的面

剪切面 当然早期有给出了理论

剪切面是不是可以直接用斯特恩层把

阳离子的中心就是水合离子中心作为剪切面

不把这作为剪切面把整个

水合离子占据的第一层吸附的水合离了占据了

整个体积的最外沿的面

这个切面是不是剪切面这就是早期关于传统剪切面的定义

但在实际的过程中会发现

剪切面的定义是稳定层

这稳定层肯定是包括把氧化物进行移动后

不仅仅是斯特恩层的离子 水合离子进行在移动

移动的配体肯定移动

那么如果按传统的剪切面 这样的定义是没有意义的

移动的时候

可能还有部分扩散层里面的离子

再进一步跟着进行移动的过程

这个时候就有新的面就是类似古埃面

剪切面 ζ电位指的是

氧化物颗粒表面能够稳定的反离子的厚度

基本上如果能够稳定存在

它就能够认为是剪切面

这是电势差 就是连续相与附着在稳定层之间的电热差

就是通过这无限远的时候这个时候电势是为零的

说就到这就代表了是电势的差值

差值就体现出来了ζ电位

那么很显然 这个ζ电位的变化就决定了

整个稳定层的厚度

这也可以看出跟前面的区别是前面讲了

溶胶凝胶法里切ζ电位是指的反离子

扩散层和紧密层离子的比例 而这里面

氧化物的剪切面或ζ电位是指的

指的是连续相就是反应物连续相跟

稳定层之间的电势差 这是最大的区别

最后可以把总结为一张图

看一下电势的区别就是

表面带电性比如说开始是比较高的电性

斯特恩层是第一层

由于吸附作用整个带电性减弱了

电势下降了

剪切面是指的是这个

固体颗粒能够带着稳定的存在

就是剪切面

那么这剪切面之间

外面还包含一部分的扩散层

到最后才是溶液的连续相

在催化剂制备的过程中

要关心的是ζ电位或是剪切面里面的离子的数目

可以想一下 因为这个氧化物

能够稳定这剪切面内部的阳离子

这里面阳离子的高低

或者分散效果或吸附效果都会影响到后面要讲的

如果想要界面化学的方法来制备催化剂

再通过这样吸附完以后

后面进行洗涤过程中

这部分的离子肯定是能够吸附在里面面

外面离子可能就会被洗掉

这样就可以得到高分散的催化剂

那同时也可以得到推论是

如果载体的性质不一样

带电性不一样

本身的吸附反离子的浓度数量就不一样

负载量也不一样

分布也不一样 比如说载体有不同的晶面

那么不同晶面带电性不一样

这离子的分布也不一样

那么利用界面化学方法制备催化剂

可能活性组分

活性组分的分布可能也会不一样

这样就会得到非常有代表性的模型催化剂就是

均匀高度分散的催化材料

这基本上是如何利用界面化学来制备

高分散催化剂的最基本的原理

回到前面提的为什么要讲这种

氧化物等电点和跟界面化学之间的关系

一定要考虑到pH值跟氧化物等点关系

实际上前面已经给大家说了等电点的测量

是利用这样的剪切面

那么这ζ电位的高低

就表示了载体表面的带电性的性质

和对反应离子的吸附能力

这吸附能力强还是弱就体现在ζ电位

那么载体表面带电性跟ζ电位的差值

就体现在表面和反应离子的作用力的强弱

如果相差越大

可以看一下

如果这值跟这值差距越大

剪切面越大 吸附能力就越强

如果越小吸附能力就越弱

可以利用这一点就可以得到不同负载量高分散的催化剂

同样的这时候就要存在

可以跟前面的自发分散理论进行呼应

如果载体固定吸附金属离子

实现强相互作用的方法

也存在一个量的阈值是剪切层

内部的离子的总量也是确定的

只要同一载体 同一用量 再同一浓度温度下

肯定也是同样存在阈值的作用

说白了很多的化学现象都存在共性

一般就可以利用这样的方法

去制备低负载量的高分散的催化剂

特别是贵金属催化剂

在后面介绍界面化学制备催化剂 平衡吸附法

或者平衡沉积过滤法

基本上适用

贵金属催化剂或者是低负载量的个催化剂

这个方法应该得到

可以得到非常高分散的催化材料

再看前面讲的这个例子

通过控制反应体系的或是催化剂制备体系的pH值

跟等电点的背离程度

就可以选择性的控制载体表面带正电还是带负电

这样选择性来控制吸附阴离子或阳离子

那么同时根据前面讲的双电层结构或ζ电位

就可以得到推论

推论就是如果pH值跟这等电点

背离的程度越大

作用力可能就是越明显

吸附量可能是有很大的关系的

回到前面说的要做负载型催化剂氧化物

最关键的一点就首先要确定

氧化物载体的等电点

比如ζ电位等于0的时候

那么给大家反复强调这一点是因为

ζ电位等于零的时候

对于胶体来说是胶体表面带电性

但是对氧化物体系来说

氧化物表面带电性是跟

跟的表面的水解有关

酸条件下 碱条件下的水解有关系

那么要知道前面讲水溶液化学里面

金属离子引入以后本身水解也发生pH值的变化

我们指的ζ电位等于0时的pH值

到了负载型催化剂的时候就要想

这个ζ电位等于0

或是等电点的时候应该是跟

跟氧化物载体和金属盐溶液共同的作用有关系的

说这就形成非常复杂的体系就是

采用金属盐种类不一样

金属盐浓度不一样

可能对应的载体

所背离等电点或等电点的性质可能就发生偏移

这就是非常重要

载体的表面活化跟金属离子本身的水解耦合反应的结果

就要考虑到非常重要特点就刚刚说的就是

从溶胶凝胶稳定性

之前给大家说的就是

反离子种类会影响到整个胶粒的ζ电位的高低

同样采用界面化学或是用氧化物跟金属离子

进行混合 溶液混合

就要考虑到离子种类影响

可以把离子当做电解质

这个时候ζ电位发生变化

同样的整个体系里面

等电点可能就发生很显著的变化

比如说可以做氧化硅负载的氯铂酸根离子

那么这个时候如果采用氯铂酸钾

跟氯铂酸钠 可能这时候的吸附效果就不一样

同样氧化硅加入氯铂酸钾

跟加入氯铂酸钠以后

混合溶液体系

本身的等电点可能就会发生一点变化

这个是在做界面化学制备催化剂的时候

很多同学往往会忽略的一点 希望大家引起大家重视

为什么强调这一点呢

是因为在很多的基础研究里面要做很多的模型催化剂

一定是要强调 高分散

那么很多时候都是参考文献的结果

那么有很多细节就是

比如说氯铂酸钾或氯铂酸钠

在国内市场上可买的最多的是氯铂酸钾

但是文献里面用的氯铂酸钠

那么这个时候你可能为了省事

或是觉得无所谓 可能还是会选择氯铂酸钠

但是往往有时候你做出

实验结果跟文献结果 没有重复 为什么

实际上有可能就是因为忽略了

非常简单的现象就是的钾离子和钠离子

对整个体系的等电点是不一样的

来看一下

或者是总结一下ζ电位 氧化物等电点的应用

首先最重要的是考虑整个体系 pH值背离等电点

实际上可以把整个氧化物表面看做 羟基化

羟基化在不同的水溶液条件下

就有可能发生水解反应

那么这种水解反应

有可能就生成质子 有可能是生成氢氧根离子

表面可以带正电 可以带负电

可以理解为表面是酸性位

或碱性位 这样可能是更好的理解

可以通过ζ电位

就能显示出带正电的还带负电 ζ电位

大于零或小于零来显示的带电性

这个时候话就要注意一点

用氧化物做为催化剂

对于氧化硅来说会发现

一般因为等电点很低一般来说

一般只能是带负电 吸附阳离子

而氧化铝有更宽广的用途

就是可以通过调节pH值来控制吸附选择性

那么对于认为氧化铝是个更好选择

是因为很多的金属离子

特别是前面学到水溶液化学 学过电位-pH值的时候说过

在不同的pH值下

不同的物种

就是不同金属原料呈现不同的物种状态

会使得氧化铝

如果用这种等电点可以适用于各种各样的金属

而氧化硅对于金属盐类的选择

可能局限性就更大

特别是强调的一点就是

如果氧化硅需要得到高的负载量 需要再高的pH值下

跟高的pH值有什么问题

就是所有的过渡金属盐

在高pH下本身就很容易生成沉淀

这样反而不利于金属的高分散的过程

这张表格给出的是不同的金属氧化物等电点

比如说前面已经跟说了氧化硅

氧化钛还有炭黑 氧化铝等等

氧化钛为例的等电点大概在4到6

简单介绍一下利用这种等电点来制备催化剂

一个注意的地方

首先来看一下氧化钛的等电点大概是在4-6左右

可以在酸性条件下吸附阴离子

可以在 偏碱性条件下吸附阳离子

可以看一下这条曲线是指的

载体表面跟溶液之间的距离

这个距离是指的载体表面的双电层结构

说最开始的这一层可以看作紧密层

这一层看作斯特恩的外层

这层剪切面就是平行移动的

这一层当作类似的可以移动的扩散层

那么会看到在这个扩散层或是斯特恩层对面

随着吸附阴离子

如果pH越低吸附量就越高

吸附阳离子pH值越高 的吸附量就越高

说明pH值跟吸附能力是密切相关的

pH值和等电点的背离程度

如果越大吸附能力就越大

利用这种界面化学来制备高分散催化剂

有个原则

从这张图可以得到

如果要通过在同一分散度下制备

不同负载量的催化剂 可以通过控制的

pH值和等电点的背离程度来实现这样制备

只要是不影响

水合离子里面的水合离子本身的稳定性就可以了