拟薄水铝石结构分析

五、结构分析
将所得产品进行红外，热重，xrd进行表征。

（1）、红外分析
以KBr为背景，所制得的拟薄水铝石和γ-三氧化二铝进行红外分析，的如下图：
1、拟薄水铝石
如图可以看到，在红外光谱图中，3400cm-1附近有一宽峰，同时在3000cm-1左右出现一肩峰，其分别为结合水的羟基对称伸缩振动峰和反对称伸缩振动峰。

在1630cm-1处的吸收峰为吸附水与结合水的羟基弯曲振动，1100cm-1处的吸收峰归属于C一0键的伸缩振动，表明试样中有甲醇残留。

同时在指纹区中可以看到，在480cm-1和600cm-1附近出现两个相互部分重叠的峰，是由A1—0键在610cm-1附近的伸缩振动峰和Al—O键在478cm-1处的弯曲振动峰重叠宽化而成，这是由于甲醇分散并洗涤拟薄水铝石使其结晶度降低【1】。

总之有红外分析得出的结果与相关文献结果类似，特征峰相同，表明成功制备了拟薄水铝石。

2、γ-三氧化二铝
3500cm-1左右的吸收峰归属于羟基的伸缩振动，1640cm-1左右处的吸收峰归属于H—O 键的弯曲振动，说明y—Al2O3中有大量的吸附水；600处的吸收峰为A1—0键在610 cm-1附近的伸缩振动峰和该键在478cm-1处的弯曲振动峰重叠宽化而成。

（2）拟薄水铝石热重分析
由上图可知，在温度为50-100摄氏度范围内，DTA图出现了第一个峰谷，随后电压岁
温度升高，同时TGA图出现下滑，质量百分比下降，此时应该是非结合水（表面吸附水）【2】的蒸发引起质量下降。

从300℃开始左右开始，电压升高缓慢，DTA图慢慢出现波峰，到450-500℃，电压开始下降。

同时在300℃到500℃之间，TGA图出现下坡，质量百分比急剧下降，这一段过程为拟薄水铝石中结合水的丢失过程，同时生成三氧化铝。

500℃后，质量百分比趋于稳定，从热重图中可以知道，由拟薄水铝石制取y—Al2O3的最佳煅烧温度为450-500℃。

同相关文献中的结果相同。

（3）xrd分析
1、拟薄水铝石（jade拟合后）
由文献得到图中前四个峰的峰类型分别为：（020）、（120）、（140）【3】，由jade拟合得到的峰类型为（020）、（120）、（031），可能不同制备条件，晶型有差别。

且当晶粒较大时，其XRD 谱图将在45°～55°范围内出现两个强峰(分别为（051)和(200)晶面的特征峰）和两个弱峰，随着晶粒度逐渐变小两个强峰逐渐靠拢，两个小峰也逐渐变弱，当粒度小于10nm 时两个强峰合为一个峰，当粒度小到5nm 时两个小峰消失．而在xrd图中45°～55°只出现一个强峰，表明所得产品的晶粒度应该小于5nm。

下面通过晶粒度的计算来验证。

晶粒度计算
扫描时，辐射源Cu/Kα1，λ＝,056,nm，扫描步长°，2θ从5°到°；根据Scherrer
公式( D = Kλ/ Bcosθ )计算样品的平均晶粒度．其中：D 为平均晶粒度；K 为形状因子，K≈；λ为X-射线波长，λ＝,056,nm；B为半高宽对应的弧度大小；θ为布拉格衍射角。

由jade拟合并计算晶粒度和结晶度：
拟合图形并搜索符合产品峰型的标准卡片得较符合的为Y-AlOOH,所以制得的产品很可能为此种晶型。

2-Theta d(A) FWHM XS(A)crystallinity/% 13.968(0.058) 6.3349(0.0527) 2.265(0.089)35(2)72.52 28.579(0.060) 3.1208(0.0129) 2.653(0.107)31(2)67.84 38.842(0.076) 2.3166(0.0088) 1.635(0.169)52(6)91.49 49.350(0.047) 1.8451(0.0033) 1.983(0.063)44(2)68.15
计算晶粒度和结晶度为：
求得的晶粒度分别为、、,均小于10nm，说明制得的产品为拟薄水铝石，不是薄水铝石（晶粒度大于50nm）。

同时由表中晶粒度可发现，随着半峰宽的减小，晶粒度成增大趋势，主要是因为晶粒的粒径较小时，不能再近似看成具有无限多晶面的理想晶体，对X射线的弥散现象就较严重，表现在峰强变弱，峰变宽。

2、y—Al2O3
实验测得图为：（直线位置为标准y—Al2O3的峰位置）
文献图为：（截图）【4】
用jade计算晶粒度和结晶度得：
由图可见，式样具有典型的三个峰，与标准谱图相比，两个强峰（（400）、（440））较吻合，（220）、（311）、（222）三个峰可能由于测量环境、产品纯度等影响重叠为一个宽峰。

同时与查得文献中的xrd图对比，谱图相似度很高，但是由于试样的颗粒较细，其衍射峰明显宽化且弥散。

通过计算晶粒度，得到其平均晶粒度在3nm左右，晶粒度很小，同较大的半峰宽相对应。

2-Theta d(A) FWHM XS(A)crystallinity/% 46.279(0.036) 1.9602(0.0029) 1.990(0.094)43(3)44.51 66.894(0.048) 1.3975(0.0018) 2.119(0.078)45(3)55.49
3、α-Al2O3
求四个最强峰的晶粒度得：
通过以上计算结果可知，在三种物质中，α-Al2O3得晶粒度最大，平均在41nm左右。

晶粒度越大，比表面积越小，催化性能也相应比较差，所以一般用y—Al2O3作催化剂。

峰半峰宽2θD/晶粒度
10.1827825.5725244.09373
20.192435.1541242.84993
30.1972343.3563742.88071
40.2431557.5033336.86543
六、思考题
1、为什么KBr需要保持干燥
答：因为如果KBr受潮，水就会被带入检测系统中，而红外光谱中会有羟基的吸收峰，所以水中的羟基会影响谱图的解读。

2、如何通过TG-DTA判断制备γ-Al2O3催化剂的焙烧温度
答：如前面的分析一样，从拟薄水铝石的TG图中可以看到两次质量的急剧减少，同时DTA 图出现峰，而第一次质量减少主要是拟薄水铝石中吸附水的蒸发，后一次是结晶水的去除，所以第二次质量减少的末端温度就是制备γ-Al2O3催化剂的焙烧温度，本实验中得到这个温度为450-500℃。

4、如何计算晶粒度的大小
答：原理：根据Scherrer公式( D = Kλ/ Bcosθ )计算，D 为平均晶粒度；K 为形状因子，K≈；λ为X-射线波长，λ＝,056,nm；B为半高宽对应的弧度大小；θ为布拉格衍射角。

方法：用jade直接全峰拟合，并直接读出晶粒度；或用origin进行高斯或洛伦兹拟合，读出半峰宽和布拉格衍射角，带入Scherrer公式就可求出。

参考文献：
【1】揭嘉，王玉林，杨运泉，包建国，刘文英，李国龙.大孔体积、超高比表面积y—Al2O3的制备与表征[J].石油化工，2008，5
【2】隋宝宽，刘文洁，杨刚，王刚.温度对拟薄水铝石性能的影响[J].辽宁：工业催化，2012，7【3】王康，杨文建，高秀2，王希涛.制备条件对拟薄水铝石晶粒度与孔结构的影响[J].天津：天津大学学报(自然科学与工程技术版)，2013，10
【4】揭嘉，王玉林，杨运泉，包建国，刘文英，李国龙.大孔体积、超高比表面积y—Al2O3的制备与表征[J].湖南：石油化工，2008，5。