Απορρόφηση ακτίνων Χ Η απορρόφηση των ακτίνων Χ απορρόφηση στο ορατό νόμος του Beer. I = I x e μ Ο γραμμικός συντελεστής απορρόφησης μ cm -1. Ο ανηγμένος συντελεστής απορρόφησης (μ/ρ) (cm 2 /gr) μ λ 3 Ζ 3 Οι ακμές απορρόφησης μέγιστα απορρόφησης στον ιονισμό ηλεκτρονίων από εσωτερικές στοιβάδες. Intensity (arb. units) 2 1 Ag:Zn 9.5 9.75 1. 1.25 1.5 Energy (kev) Η θέση των ακμών εξαρτάται ασθενικά από το χημικό περιβάλλον, τον βαθμό οξείδωσης και τους δεσμούς. Page 1 of 27
Αντιστοιχία μεταξύ στοιβάδων και ακμών. στοιβάδα 1s 2s 2p 1/2 2p 3/2 3s 3p 1/2 3p 3/2 3d 3/2 3d 5/2 ακμή K L 1 L 2 L 3 M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 Μηχανισμοί απορρόφησης των ακτίνων Χ από την ύλη φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ( αληθής απορρόφηση), απορρόφηση ενός φωτονίου και εξαγωγή ενός δέσμιου ηλεκτρονίου από φλοιό ενός ατόμου. Αλληλεπίδραση ακτίνων SR με την ύλη : Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Σύμφωνη σκέδαση Rayleigh το φωτόνιο σκεδάζεται από το άτομο. Σύμφωνη σκέδαση hν=σταθ, & λ=σταθ. φαινόμενο Compton. Page 2 of 27
Φαινόμενο Compton: Aσύμφωνη και ελαστική σκέδαση το σκεδαζόμενο φωτόνιο έχει λ λ. Το φωτόνιο σκεδάζεται από ένα σχεδόν ελεύθερο ηλεκτρόνιο μεταφορά ενέργειας στο ηλεκτρόνιο. Ενεργός διατομή απορρόφησης και σκέδασης συναρτήσει της ενέργειας. H απορρόφηση εξαρτάται από το Ζ & την ενέργεια. Η αληθής απορρόφηση (φωτοηλεκτρικό) υπερισχύει σε ευρύτατη περιοχή ενεργειών. Φωτοϊονισμός το ηλεκτρόνιο διαφεύγει από το άτομο με Ε kin. Iονισμός : η διεγείρουσα ακτινοβολία είναι ηλεκτρόνια. Page 3 of 27
Το Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και ο ιονισμός οπή σε φλοιό αποδιέγερση με μετάπτωση ηλεκτρονίου από άλλο φλοιό & εκπομπή φωτονίου ακτίνων Χ φθορισμός εκπομπή ηλεκτρονίου φαινόμενο Auger. Auger: σημαντικό σε μικρές ενέργειες και σε στοιχεία μικρού Ζ Φθορισμός: σημαντικός για μεγάλο Ζ και μεγάλα hν. Απόδοση φθορισμού, ε f, αριθμός εκπεμπόμενων ακτίνων Χ ανά δημιουργηθείσα οπή στο φλοιό (ε f = 1 - ε n, όπου ε n είναι η απόδοση μη-ακτινοβόλου εκπομπής). Αλληλεπίδραση με την ύλη τα ηλεκτρόνια χάνουν σταδιακά την ενέργεια τους μέσα στην ύλη τα φωτόνια χάνουν ενέργεια με μηχανισμούς ενός σταδίου. τα ηλεκτρόνια και η ακτινοβολία Χ έχουν διαφορετικό βάθος διείσδυσης (penetration depth) και διαφυγής (escape depth) χρησιμοποιούνται για τη μελέτη επιφανειών και ιδιοτήτων όγκου αντίστοιχα. Page 4 of 27
Φασματοσκοπία λεπτής υφής απορρόφησης ακτίνων Χ (XAFS: X-ray Absorption Fine Structure) Καταγράφεται η μεταβολή του συντελεστή απορρόφησης συναρτήσει της ενέργειας σε ενέργειες > ακμής απορρόφησης. Παρατηρείται ημιτονοειδής διαμόρφωση του συντελεστή απορρόφησης ακτίνων Χ. Δεν παρατηρείται σε μονο-ατομικά αέρια. Η ημιτονοειδής διαμόρφωση του συντελεστή απορρόφησης οφείλεται σε φαινόμενα συμβολής του εξερχομένου & οπισθοσκεδαζόμενου e. Page 5 of 27
Το φάσμα XAFS διακρίνεται στις περιοχές NEXAFS & EXAFS που δίνουν διαφορετικές πληροφορίες. EXAFS (εκτεταμένη λεπτή υφή απορρόφησης ακτίνων Χ): εκτείνεται 5-1 ev επάνω από την ακμή απορρόφησης. Το σφαιρικό κύμα του εξερχομένου φωτο-e έχει Ε kin > 5eV συμπεριφέρεται σαν ελεύθερο σκεδάζεται από τα γειτονικά άτομα Tο ηλεκτρόνιο περιγράφεται ως κύμα λ=h/p. Ο κυματάριθμος 2m = h 2 k=2π/λ και Ε kin = p 2 /2m k (E E ) όπου Ε είναι η ενέργεια κατωφλίου, δηλαδή η ενέργεια του προσπίπτοντος φωτονίου που απαιτείται για να εξαχθεί ένα ηλεκτρόνιο από την εσωτερική στοιβάδα ενός ατόμου. Page 6 of 27
Φάσμα EXAFS από δείγμα Cu. Οι ταλαντώσεις EXAFS φαίνονται καθαρά μετά την αφαίρεση του υποβάθρου λόγω ατομικής απορρόφησης. Οι μεταβολές του πλάτους της ταλάντωσης είναι της τάξης του 1-2 % της ύψους της ακμής απορρόφησης (edge jump). EXAFS νανοδομή Αριθμός συναρμογής N i μέχρι 3 η -4 η γειτονία. Αποστάσεις γειτόνων R i μέχρι 3 η -4 η γειτονία. Παράγοντες Debye Waller (θερμική & στατική αταξία) Είδος γειτονικών ατόμων?? NEXAFS (near edge EXAFS): εκτείνεται έως 5eV επάνω από την ακμή απορρόφησης. H κινητική ενέργεια του φωτο-e είναι μικρή και υπάρχει ισχυρή αλληλεπίδραση με μοριακά τροχιακά. Page 7 of 27
NEXAFS Ηλεκτρονική δομή (empty DOS) Συμμετρία Ατέλειες δομής Άμορφη/ κρυσταλλική κατάσταση 4 6 ΓΣ 2 Ένταση (αυθ. μον.) 3 2 1 AlN GaN InN 4 41 42 43 44 Ενέργεια (ev) Ένταση (αυθ. μον.) 5 4 ΓΣ 1 3 O, 1x1 17 2 O, 1x1 16 O, 1x1 15 1 N, 1x1 16 N, 1x1 15 as grown 396 398 4 42 44 46 48 41 Ενέργεια (ev) SEXAFS (surface EXAFS): Υπό κατάλληλες συνθήκες μέτρησης, π.χ. γεωμετρία, τρόπος ανίχνευσης ιδιότητες της επιφάνειας. Page 8 of 27
Πλεονεκτήματα της φασματοσκοπίας XAFS εφαρμογή σε άμορφα και κρυσταλλικά υλικά, στην στερεά, υγρή ή αέρια φάση. μη-καταστροφική, ανιχνευτές CCD (charge coupled devices) in-situ μελέτη χημικών αντιδράσεων, φαινομένων κατάλυσης και προσρόφησης αερίων σε επιφάνειες. Atom selective Τρόποι καταγραφής των φασμάτων XAFS Ανίχνευση φωτοηλεκτρονίων: λεπτά υμένια και επιφάνειες. Μέση ελεύθερη διαδρομή των φωτοηλεκτρονίων συναρτήσει της ενέργειας. Ανίχνευση φωτονίων φθορισμού (Fluorescence Yield mode) που εκπέμπονται ταυτόχρονα με τα φωτοηλεκτρόνια. Page 9 of 27
Ανίχνευση διερχόμενης δέσμης : σκληρές ακτίνες Χ. Διάταξη για καταγραφή φασμάτων EXAFS. Τα Ι F, I T I R αντιστοιχούν σε ανίχνευση φθορισμού, διερχόμενης και ανακλώμενης δέσμης, αντίστοιχα. Το πλάτος του οπισθοσκεδαζόμενου κύματος (F j ) εξαρτάται από το είδος του γειτονικού ατόμου. Η επίδραση του Ν και του R στη μορφή του φάσματος EXAFS: Όσο ελαττώνεται του R αυξάνεται η απόσταση μεταξύ των ταλαντώσεων EXAFS (σύγκριση των a & b) Αύξηση του N αύξηση του πλάτους των ταλαντώσεων (c). Page 1 of 27
Διαδικασία ανάλυσης φασμάτων EXAFS. αφαίρεση του συνεχούς ατομικού υποβάθρου splines: πολυωνυμικές συναρτήσεις που ορίζονται σε μία σειρά από διαστήματα. Πρέπει να είναι συνεχείς και ομαλές (δηλαδή οι πρώτες και οι δεύτερες παράγωγοι των επιμέρους πολυωνύμων να είναι ίσες στους κόμβους της spline). Μετατροπή από τον χώρο των Ε στο χώρο των k : k = [.2625 (Ε-Ε exp ) ] 1/2 exp, όπου Ε είναι η ακμή απορρόφησης. προκύπτει η συνάρτηση συμβολής: χ(k) = A j(k)sin 2krj j όπου A [ + ϕ (k)] 2r 2 2 j 1 j(k) = N jsi (k)fj(k) exp( 2σ j k )exp( ) λ 2 j(k) kr j ij με j συμβολίζονται τα γειτονικά άτομα και με i το κεντρικό άτομο και: r j είναι η απόσταση του γειτονικού ατόμου από το κεντρικό. σ j είναι ο παράγοντας Debye-Waller που σχετίζεται με την τοπική και θερμική αταξία του συστήματος. Ν j είναι ο αριθμός συναρμογής. φ ij είναι η διαφορά φάσης που εξαρτάται τόσο από το κεντρικό άτομο όσο και από το γειτονικό. Α j (k) είναι η περιβάλλουσα του κύματος (συμβολή του εξερχόμενου και του οπισθοσκεδαζόμενου κύματος) Page 11 of 27
S i (k) είναι παράγοντας ελάττωσης του πλάτους λόγω φαινομένων αλληλεπίδρασης πολλών σωμάτων. F j (k) είναι το πλάτος του οπισθοσκεδαζόμενου κύματος. λ j είναι η μέση ελεύθερη διαδρομή του ηλεκτρονίου. Τα κύματα θεωρούνται σφαιρικά (παράγοντας 1/kr 2 j ). Πολλαπλασιασμός με μία συνάρτηση βάρους k n, όπου n είναι ένας ακέραιος και συνήθως παίρνει τις τιμές 1,2,3 (εξαρτάται από το Ζ) ενισχύονται οι ταλαντώσεις μικρού πλάτους σε μεγάλα k. Διαδικασία ανάλυσης EXAFS Ανηγμένος συντ. απορρόφησης μ(e) μ(e) χ(e) = μ (E) φάσμα υπόβαθρο Intensity (arb. units) 1.5 1..5 GaN, Ga K edge T=77K E k μετασχηματισμός χ( E) χ(k) 2m k = (E E) =.2625(E E) h 2. 1.2 1.4 1.6 1.8 11. 11.2 11.4 11.6 Energy (kev).1 Κυματάριθμος φωτοηλεκτρονίου Ακμή απορρόφησης χ(k). -.1 4 6 8 1 12 14 16 18 k(ε) Page 12 of 27
μετασχηματισμός Fourier της συνάρτησης k n χ(k) στον χώρο των r την συνάρτηση ακτινικής κατανομής φορτίου γύρω από το απορροφούν άτομο : Μετασχηματισμός Fourier FT 6 4 2 N 4 N Ga 12 Ga ρ( r) = 1 2 π kmin kmin 3 w( k) k χ( k) e Ο μετασχηματισμός Fourier παρέχει την ακτινική κατανομή φορτίου γύρω από το άτομο που απορροφά. Ga Κυβικό GaN i2kr dk 1 2 3 4 5 6 R(Å) N Προσομοίωση της χ(k): γίνεται με τη βοήθεια θεωρητικού μοντέλου προσδιορίζεται η καλύτερη καμπύλη, δηλαδή αυτή που δίνει την καλύτερη προσομοίωση με τη θεωρία των ελαχίστων τετραγώνων N i, R i, σ i. Page 13 of 27
Ένταση (αυθ. μον.) 2 1 (α) 12 14 16 18 11 112 Ενέργεια (ev) χ(k) (αυθ. μον.) χ(k) (αυθ. μον.).1. -.1.1. -.1 (β) 2 4 6 8 1 12 14 16 k (Å -1 ) 2 4 6 8 1 12 14 16 18 k (Å -1 ) (δ) MF {k 3 *χ(k)} (αυθ. μον.) FF (αυθ. μον.) 2 (γ) 1 2 3 4 5 6 7 8 R (Å) 2 (ε) 1 2 3 4 5 6 7 8 R (Å) Διαδικασία ανάλυσης φασμάτων EXAFS: (α) αφαίρεση ατομικού υποβάθρου (β); (γ) μετασχηματισμός Fourier του φάσματος του σχήματος (β) μετά από πολλαπλασιασμό με k 3 ; (δ) φάσμα που έχει υποστεί φιλτράρισμα (δεύτερη γειτονική κυψελίδα ατόμων) και ο αντίστοιχος μετασχηματισμός Fourier (ε). Page 14 of 27
Περιληπτικά: EXAFS : προσδιορισμός της νανοδομής όπως αυτή καθορίζεται από τα R, N και παράγοντες Debye-Waller (θερμική αταξία) σε επίπεδο έως και 3 ης ή 4 ης γειτονίας γύρω από το απορροφόν άτομο. Η φασματοσκοπία EXAFS είναι ευαίσθητη σε αλληλεπιδράσεις πολύ μικρής κλίμακος, της τάξης των Å νανοδομή. H EXAFS είναι atom selective. Η θεωρία και η διαδικασίες μέτρησης και ανάλυσης των φασμάτων EXAFS είναι οι ίδιες για όλους τους τύπους των υλικών, π.χ. κρυσταλλικά και άμορφα στερεά, υγρά, υλικά όγκου, λεπτά υμένια και επιφάνειες. Ιδιαίτερα στην περίπτωση των αμόρφων υλικών, η φασματοσκοπία EXAFS είναι η μόνη που δίνει δομικές πληροφορίες. Η φασματοσκοπία EXAFS είναι μία γρήγορη, μη καταστροφική μέθοδος χαρακτηρισμού. Page 15 of 27
Η φασματοσκοπια NEXAFS NEXAFS η λεπτή υφή του συντελεστή απορρόφησης ακτίνων Χ κοντά στην ακμή απορρόφησης. εξαρτάται από τη συμμετρία και την χημική σύσταση. Πληροφορίες πυκνότητα άδειων καταστάσεων στην ταιν. αγωγιμότητας, τη συμμετρία γύρω από το απορροφούν άτομο σημειακές ατέλειες δομής (καταστάσεις στο ενεργειακό χάσμα). Page 16 of 27
Α) Φάσμα Η 2 Ο σε διάφορες καταστάσεις Β) Φάσμα NEXAFS διαφόρων ενώσεων του Fe (σύσταση, συμμετρία π.χ. Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 ) To φάσμα NEXAFS (ακμή απορρόφησης, κορυφές συντονισμού) εξαρτώνται σημαντικά από την κατάσταση οξείδωσης (μεταφορά φορτίου). Το φάσμα NEXAFS εξαρτάται σημαντικά από την φάση & την αλλαγή του bonding environment. Page 17 of 27
H NEXAFS εφαρμόζεται σε: στερεά (κρυσταλλικά και άμορφα), υγρά και αέρια επιφάνειες, για τον προσδιορισμό του προσανατολισμού προσροφημένων ατόμων ή μορίων (αρχικά στάδια ανάπτυξης λεπτών υμενίων). in-situ διεργασίες κατάλυσης in-situ τήξη υλικών. Intensity (arb. units) 3 2 1 G 2 G 1 G 3 G 5 G 4 X-rays G 6 θ x 4 41 42 43 Energy (ev) z y N-K-edge NEXAFS από εξαγωνικό GaN. Τα χαρακτηριστικά των συντονισμών (Ε, Ι), που οφείλοναι σε μεταπτώσεις σε δέσμιες καταστάσεις, αποτελούν υπογραφή της συμμετρίας & της χημικής σύστασης. Μεταπτώσεις σε δέσμιες καταστάσεις: Το φωτοηλεκτρόνιο έχει μικρή E kin αλληλεπιδρά με τα e των τροχιακών κορυφές συντονισμού Μεταπτώσεις στο συνεχές: συνεχές υπόβαθρο λόγω αλληλεπίδρασης του e με το ιόν από το οποίο προέκυψε. Page 18 of 27
4 Intensity (arb. units) 3 2 1 AlN576 Al Ga N.5.5 Al Ga N.25.75 GaN In Ga N.16.84 InN 4 41 42 43 44 45 46 Energy (ev) Επίδραση της χημικής σύστασης στα φάσματα NEXAFS Intensity (arb. units) 3 2 1 GaN69:N GaN69 (a) Ένταση (αυθ. μον.) 6 ΓΣ 2 5 4 ΓΣ 1 3 O, 1x1 17 2 O, 1x1 16 O, 1x1 15 1 N, 1x1 16 N, 1x1 15 as grown 396 398 4 42 44 46 48 41 Ενέργεια (ev) 4 41 42 43 44 Energy (ev) Intensity (arb. units) 2 1 1.4eV 45 48 411 414 417 Energy (ev) (b) Ανίχνευση ατελειών δομής που εισάγουν καταστάσεις στο χάσμα. Page 19 of 27
3 (a) (b) Intensity (arb. units) 2 1 3 2 1 5 35 2 (c) 1 o 5 o 8 o Intensity (arb. units) 1.7. 1.7 (d). 4 41 42 43 44 Energy(eV) 136 137 138 139 14 Energy(eV) Επίδραση της συμμετρίας Προσομοίωση: καταστάσεις στο συνεχές σταθερό υπόβαθρο απορρόφησης βηματική συνάρτηση. μεταπτώσεις σε δέσμιες καταστάσεις (κορυφές συντονισμού) Γκαουσιανές, Λορεντζιανές ή και ασύμμετρες συναρτήσεις. Γκαουσιανή: μετάπτωση σε δέσμια κατάσταση όταν το εύρος είναι μικρό σε σχέση με τη διακριτική ικανότητα του μονοχρωμάτορα: Λορεντζιανή: όταν η διακριτική ικανότητα του μονοχρωμάτορα είναι μεγάλη σε σχέση με το εύρος της κορυφής Page 2 of 27
Voigt: Η Voigt έχει μία Gaussian και μια Lorentzian συνιστώσα και χρησιμοποιείται όταν η διακριτική ικανότητα του μονοχρωμάτορα και το εύρος της κορυφής είναι συγκρίσιμα: Φασματοσκοπία SEXAFS : Διεπιφάνειες αερίου/στερεού, στερεού/στερεού και στερεού/υγρού Εφαρμογές: καταλυτικές βιομηχανικές διεργασίες, ανάπτυξη νέων υλικών, βιομηχανία της μ- και οπτοηλεκτρονικής ηλεκτρόλυση. Οι επιφάνειες είναι πολύπλοκα συστήματα που μελετώνται με πολύπλοκες μεθόδους χαρακτηρισμού μελέτη ιδανικών συστημάτων, π.χ. μονοκρυσταλλικές επιφάνειες & καλώς χαρακτηρισμένα προσροφημένα άτομα/μόρια. Το πρόβλημα : χαρακτηρισμός της χημικής σύστασης, της κρυσταλλικής δομής και της ηλεκτρονικής δομής (τύποι δεσμών). Η χημική σύσταση : φασματοσκοπίες Auger (AES), φωτοεκπομπής (photoemission), θερμικής εκρόφησης (PDS), μάζης δευτερογενών ιόντων (SIMS) και οπισθοσκέδασης κατά Rutherford (RBS). Page 21 of 27
Ομως τα προβλήματα της κρυσταλλικής συμμετρίας και της ηλεκτρονικής δομής, είναι αλληλένδετα, και είναι δυσκολότερο να επιλυθούν. Κριτήρια για αξιόπιστη μέθοδο χαρακτηρισμού επιφανειών: πρέπει να είναι ευαίσθητη στις ιδιότητες της επιφάνειας, δηλ. ένα σημαντικό μέρος του σήματος θα πρέπει να προέρχεται από τα επιφανειακά ατομικά επίπεδα. η μέθοδος θα πρέπει να είναι μη-καταστροφική να μην υπάρχει συνεισφορά στο σήμα από χαρακτηριστικά της επιφάνειας που τροποποιούνται λόγω της μεθόδου χαρακτηρισμού. θα πρέπει να έχει διακριτική ικανότητα στον ατομικό αριθμό ΔΖ<1, στα μήκη δεσμών Δ R 1% στις γωνίες των δεσμών R ο Δα 1 και στον αριθμό συναρμογής ΔΝ 1% Ν. φασματοσκοπία SEXAFS. υπό συνθήκες UHV ( 1x1-1 Torr) σε ατομικώς καθαρές επιφάνειες. Page 22 of 27
Επιφανειακή πυκνότητα 1 15 cm -2 Πυκνότητα στον όγκο 1 19 cm -2 πηγές υψηλής λαμπρότητας για ικανοποιητικό λόγο (σήμα/θόρυβο). Θυμίζω ότι : κάλυψη της επιφάνειας με ένα monolayer πλήθος προσροφημένων ατόμων ίσο προς το πλήθος των ατόμων στην επιφάνεια του υποστρώματος. Το βασικό πρόβλημα της μελέτης επιφανειών με SEXAFS είναι η διαφοροποίηση μεταξύ των σημάτων που προέρχονται από την επιφάνεια και τον όγκο του υλικού. Κατάλληλες μέθοδοι ανίχνευσης/καταγραφής: ανίχνευση φωτοηλεκτρονίων (μικρή μέση ελεύθερη διαδρομή) μέτρηση υπό συνθήκες εφαπτομενικής πρόσπτωσης μέτρηση φωτονίων φθορισμού από άτομα που είναι προσροφημένα στην επιφάνεια και δεν υπάρχουν στον όγκο του υλικού. Εφαρμογές της ακτινοβολίας SR στην κατάλυση. Οι καταλύτες βελτιώνουν την δραστικότητα (activity) ή/και την επιλεκτικότητα (selectivity) χημικών αντιδράσεων Page 23 of 27
Πολλές Eφαρμογές : χημική, πετροχημική και φαρμακευτική βιομηχανία, παραγωγή ενέργειας επίλυση προβλημάτων που άπτονται του περιβάλλοντος. Ειδικώτερα: μετατροπή του κάρβουνου ή φυσικού αερίου σε βενζίνη ή diesel πιο αποδοτική χρήση ορυκτών καυσίμων χαμηλού θερμικού περιεχομένου απομάκρυνση του Ν και του S κατά την κλασματική απόσταξη του πετρελαίου καθαρισμό των αερίων εκπομπών από τη βιομηχανία παραγωγής ενέργειας, αυτοκινήτων και τη χημική βιομηχανία μείωση της κατανάλωσης ενέργειας σε πολλές διεργασίες της χημικής βιομηχανίας. Οι καταλύτες χρησιμοποιούνται είτε σε διάλυμα είτε σε μεγάλη διασπορά. Στην ομογενή κατάλυση, ο καταλύτης, τα αντιδραστήρια και τα προϊόντα της αντίδρασης βρίσκονται υπό διάλυση στην ίδια φάση. Στην ετερογενή κατάλυση, ο καταλύτης είναι συνήθως ένα πορώδες στερεό υλικό με μεγάλη επιφάνεια : 1-1m 2 gr -1. Page 24 of 27
Σκόνη με πολύ μικρή διάμετρο κόκκων 1-15 nm διεσπαρμένη στην επιφάνεια ενός υποστρώματος. Το μικρό μέγεθος των κόκκων προβλήματα: περίθλαση ακτίνων Χ (XRD) όταν d < 3nm οι γραμμές στα φάσματα XRD διευρύνονται πολύ και χάνονται. ex-situ ηλεκτρονική μικροσκοπία (ΤΕΜ) αδρανή (passivated) κατάσταση του καταλύτη. EXAFS: η κοκκώδης μορφή του καταλύτη δεν επηρεάζει την δυνατότητα χαρακτηρισμού με EXAFS μικροδομή επιβεβαίωση πιθανών μοντέλων για τη δράση, τη μορφή και το μέγεθος των κρυσταλλιτών χημική κατάσταση του καταλύτη και είδος των δεσμών/χημικών ενώσεων που δημιουργούνται. Page 25 of 27
Πίνακας 4: Εφαρμογές της XAFS στην κατάλυση. Πρόβλημα Οι θέσεις για ετερογενή κατάλυση μπορεί να βρίσκονται είτε στην άμορφη είτε στην πολυκρυσταλλική κατάσταση. Είναι πιθανή η ταυτόχρονη παρουσία πολλών φάσεων στα καταλυτικά υλικά Η συγκέντρωση των καταλυτικών στοιχείων μπορεί να είναι πολύ μικρή Ενεργοποίηση & γήρανση καταλυτών Εφαρμογή XAFS Εφαρμόζεται τόσο στα άμορφα όσο και στα κρυσταλλικά υλικά Η EXAFS είναι atom selective δεν δίνει μέση πληροφορία αλλά μπορεί να ταυτοποιήσει τη μικροδομή ξεχωριστά γύρω από κάθε στοιχείο που συμμετέχει στον καταλύτη. Η υψηλή λαμπρότητα των πηγών SR καθιστά δυνατές τις μετρήσεις σε δείγματα με πολύ μικρή συγκέντρωση των στοιχείων ενδιαφέροντος, σε μικρούς χρόνους. Με την XAFS είναι δυνατή η in-situ real time μελέτη των αντιδράσεων, υπό συνθήκες που απαντώνται στη βιομηχανία (με την χρήση κατάλληλων κυψελίδων) είναι δυνατή η μελέτη φαινομένων που εξαρτώνται από τον χρόνο όπως η ενεργοποίηση των καταλυτών και η γήρανσή τους. Page 26 of 27
Nobel Prizes for Research with X-Rays 191 1. W. C. Roentgen in Physics for the discovery of x-rays. 1914 2. M. von Laue in Physics for x-ray diffraction from crystals. 1915 3. W. H. Bragg and W. L. Bragg in Physics for crystal structure derived from x-ray diffraction. 1917 4. C. G. Barkla in Physics for characteristic radiation of elements. 1924 5. K. M. G. Siegbahn in Physics for x-ray spectroscopy. 1927 6. A. H. Compton in Physics for scattering of x-rays by electrons. 1936 7. P. Debye in Chemistry for diffraction of x-rays and electrons in gases. 1962 8. M. Perutz and J. Kendrew in Chemistry for the structure of hemoglobin. 1962 9. J. Watson, M. Wilkins, and F. Crick in Medicine for the structure of DNA. 1979 1. A. McLeod Cormack and G. Newbold Hounsfield in Medicine for computed axial tomography. 1981 11. K. M. Siegbahn (υιός) in Physics for high resolution electron spectroscopy. 1985 12. H. Hauptman and J. Karle in Chemistry for direct methods to determine x-ray structures. 1988 13. J. Deisenhofer, R. Huber, and H. Michel in Chemistry for the structures of proteins that is crucial to photosynthesis. Page 27 of 27