Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Ответы на контрольные вопросы.

3. Ход работы и расчет количества реагентов.

4. Таблица с результатами опытов.

5. Вывод об эффективности различных восстановителей, используемых для получения частиц металла на углеродном носителе.

Контрольные вопросы

1. С какими основными экологическими проблемами сталкивается в настоящее время человечество?

2. Что понимают под топливным элементом, относится ли он к экологически чистым источникам энергии?

3. Что используют в качестве топлива и окислителя в ТЭ?

4. Перечислите типы ТЭ.

5. Поясните работу кислородно-водородного ТЭ со щелочным электролитом.

6. Как рассчитать ЭДС, КПД, мощность ТЭ?

7. Изобразите принципиальную схему ТЭ.

8. Чем обусловлено снижение характеристик ТЭ и как продлить срок его службы?

9. Какие требования предъявляются к катализатору, используемому в ТЭ, какова его роль?

10. Какие вещества используют в качестве восстановителей металлических частиц, в каких средах?

11. Каковы причины деградации катализатора?

12. Приведите общий вид реакции восстановления на примере платины и никеля.

Часть 2 Определение размера частиц методом Шеррера

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Цель работы – определить размер наночастиц методом Шеррера.

Для определения среднего диаметра наночастиц на углеродном носителе используют рентгеноспектральный анализ.

Реальные кристаллы содержат различные несовершенства структуры - дефекты, которые во многом определяют их физические, а иногда и химические свойства. Эти несовершенства структуры в дифракционной картине проявляются как эффекты второго порядка, поэтому при рентгеноструктурном исследовании в первую очередь определяется усредненная, идеальная структура и с большим трудом - отклонения от этой идеальной структуры.

В рентгеноспектральном анализе используются формулы для дифракции рентгеновского излучения, выведенные для идеальномозаичных кристаллов, когда для реального кристалла предполагается модель, по которой они содержат области с совершенной структурой (области когерентного рассеяния, ОКР), несколько разориентированные друг относительно друга. При размерах ОКР около 1000 Ǻ доля граничных областей с несколько искаженной структурой мала и практически не отражается на дифракционной картине. Размер ОКР обычно меньше размеров частиц, т.к. каждая частица может содержать не одну ОКР, а несколько, поэтому отождествление размеров ОКР и частиц неправомерно. Иногда ОКР называются кристаллитами, что и может создать подобную иллюзию. Лишь при малых размерах ОКР (меньше 100 Ǻ) это различие становится малосущественным. Такая дисперсность характерна, например, для большинства катализаторов и в этом случае определение размеров ОКР эквивалентно определению размеров частиц и получающиеся результаты могут быть сопоставлены с данными по величине удельной поверхности, полученными другими способами. Конечно, расчет величины поверхности по величине кристаллов содержит ряд неточностей, обусловленных некоторыми не вполне обоснованными предположениями. Первое из них - отождествления размеров ОКР и реальных частиц (т.е. каждая частица предполагается однодоменной), а второе - форма частиц является либо близкой к сферической, либо напоминает параллелепипед с гранями, параллельными граням элементарной ячейки. Для простоты ограничимся случаем кубической ячейки. Поверхность порошка из сферических частиц со средним диаметром L равна n  L ², из кубических – 6 n L² (здесь L - ребро куба), где n - среднее число частиц на единицу массы, т.е. без сведений о форме частиц можно рассчитать величину поверхности только с точностью порядка 50%, если взять среднее из этих значений.

Малые размеры ОКР вызывают уширение линий, но это не единственная причина уширения, так как похожий эффект может быть вызван колебаниями в величинах параметров элементарных ячеек в пределах образца (определяется экспериментально среднее значение). Такая не вполне строгая периодичность связана с образованием вакансий или внедрением избыточных атомов. Если она не вызывает изменения в дальнем порядке, то влияние этих дефектов (микроискажений, микронапряжений) также отражается в ширине линий. Наконец, возможно статистическое смещение атомов из равновесных положений. Их влияние на дифракционную картину напоминает влияние тепловых колебаний: интенсивность линий уменьшается, а диффузное рассеяние ("фон") увеличивается.

При малых величинах (меньше 500 А) кристаллитов (точнее, блоков когерентного рассеяния) начинает появляться заметное расширение линий на рентгенограммах. В этом случае правомерно использование приближенного метода Смелякова-Шеррера для определения размера частиц. При сравнении результатов расчета по этому методу с результатами, полученными с помощью электронной микроскопии разница составляет 10-20%.

С использованием метода Смелякова-Шеррера по полуширине (β) самого интенсивного дифракционного отражения можно рассчитать размер частиц полученного материала по формуле:

(1)

где  – длина волны медного излучения (1,54178), β – полуширина отражения и θ – угол отражения (радианы).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Пример расчета:

1. Определите по таблице 1 элемент, осажденный на углеродный носитель

2. Определите середину пика в градусах - 2θ=39,75, рассчитайте угол отражения: θ=39,75/2=19,875

3. Определите полуширину пика: β=40,75-38,6=2,15 градуса

4. Подставьте найденные значения в формулу (1), учитывая переводной коэффициент градус-радианы, равный 0,017453:

=

=41,249 ангстрем = 4,1249 нм