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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林宏偉
論文名稱:烷基醇於Cu(110)表面吸附及熱分解反應
論文名稱(外文):Adsorption and Thermal Decomposition of Alkly Alcohol on Cu(110) Surface
指導教授:洪偉修洪偉修引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣師範大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:光電子能譜程溫脫附技術氧化分解烷醇類
外文關鍵詞:TPDXPSCu(110)alcoholoxidation and decomposition
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超高真空的環境下,探討烷醇(alkyl alcohol, −OH)化合物在銅表面上的吸附及熱分解反應。以程溫脫附法(temperature-programmed desorption, TPD)偵測脫附產物。且以同步輻射光為光源的X-ray光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS),鑑定表面上中間產物的化學組態變化。據此提出含−OH基化合物在銅表面上的反應及分解的機制。於低表面覆蓋率的條件下,部分化學吸附的烷醇分子,傾向分解形成吸附在表面的氫及 alkoxide。高溫度,脫附產物隨吸附分子的種類及量不同而有變化。銅表面的烷醇分子斷氫氧鍵,形成吸附於表面的氫原子及alkoxide。吸附在銅表面上的 methoxide (CH3O-)與氫化合形成甲醇脫附,為一個可逆反應,或者 methoxide (CH3O-)再脫附一個β-H於Cu表面上形成甲醛脫離表面。而含β-H的ethoxide (CH3CH2O-)則傾向以β-elimination的方式形成乙醛而脫附,或是再與氫結合形成乙醇脫附,為一個可逆反應的進行。丙基醇、丁基醇主要也是經由β-H的脫離,以丙醛、丁醛的形式離開銅表面。少量的alkoxide在表面上脫氫產生碳的沉積。
Adsorption and thermal reactions of alcohol (ROH;R= (CH)n ,n=1~ 4) on the Cu(110) have been studied by temperature-programmed desorption (TPD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) under ultra-high vacuum system. Desorption profiles of evolved gases from the surface of the Cu(110) were detected by quardrupole mass in the system of the TPD. Intermediate species adsorbed on surface were characterized with XPS using synchrotron radiation.

The chemistry of short chain alcohols on Cu surface has been studies extensively that as a result of their importance in catalytic chemistry. Previous studty of alcohols on clean Cu surfaces that can deprotonate the alcohol and produce alkoxide intermediate on the surface. In partpcular, on the clean Cu surface on which alcohols are adsorbed reversibly.

The molecular desportion measurements found that the heats of adsorption of the alcohols increased with increasing chain length. While decomposition of alcohols led to H2 and aldehyde on the surface. It has been proposed that these latter reactions proceed by alkylidyne intermediates led to carbon desposition on the surface.
總目錄
第一章 緒論 1

第二章 文獻回顧 3
2.1 銅過渡金屬的特性 4
2.2 金屬的催化型態 4
2.3 烷醇於銅表面的反應 6
2.4其它含酮的催化化合物 7
2.4.1 copper chromite (CuCr2O4) 7
2.4.2 copper ions in zinc oxide(Cu0.08 Zn0.92O),(Cu0.15Zn0.75Al0.1O) 8
2.4.3 Cu2(OH)PO4,Cu4O(PO4)2 10

第三章 實驗儀器、原理及步驟 11
3.1 簡介 11
3.2 實驗儀器 11
3.2.1 實驗超高真空系統 12
3.2.2 分析組件 12
3.2.3 表面分析技術 13
3.3 同步輻射X-ray 光電子能譜 14
3.3.1 X-ray 光電子能譜 14
3.3.2 同步輻射光源 16
3.3.3 電子能譜儀 18
3.4 程溫脫附 20
3.5 實驗步驟 22
3.5.1 Cu(110)表面的安裝與實驗步驟 22

第四章 烷基醇在銅(110)面的吸附及熱分解反應 25
4.1 Methanol(CH3OH)在Cu(110)的吸附及熱分解反應 25
4.2 Ethanol在Cu(110)的吸附及熱分解反應 37
4.3 1-Propanol在Cu(110)的吸附及熱分解反應 47
4.4 1-butanol在Cu(110)的吸附及熱分解反應 55
4.5 Isobutanol在Cu(110)的吸附及熱分解反應 63

第五章 直鏈烷基醇在Cu(110)上的比較 72

第六章 參考文獻 73




圖目錄
圖2.4.1丙酮經過氫化作用之後產生異丙醇 8
圖2.4.2以一氧化碳和二氧化碳合成甲醇的機制圖 9
圖2.4.3 為Cu2(OH)PO4,Cu4O(PO4)2催化反應圖示 10

圖3.2.2 系統示意圖 13
圖3.3.1 光電子能譜原理示意圖 14
圖3.3.2光電子發射概略圖 15
圖3.3.3 半球形聚焦電子能量分析儀 19
圖3.5.1 Cu sample holder 的示意圖 23

圖4.1.1 於100 K 時,不同甲醇曝露量下,
在Cu(110)表面上所得到O 1s 及C 1s 的能譜 30
圖 4.1.2 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在甲醇環境下5 s,
所得到的 TPD 圖譜。 31
圖 4.1.3 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在甲醇環境下10 s,
所得到的 TPD 圖譜。 32
圖4.1.4 溫度100 K 時,釋放不同曝露量CH3OH 於Cu(110)表面上,追蹤
CH3OH (m/e=31)分子脫附的TPD 圖譜 33
圖4.1.5 溫度100 K 時,曝露CH3OH 40 sec 於Cu(110)表面上,
加熱到指定溫度,此時收到的C 1s以及O 1s能譜 36
圖4.1.6 烷基醇在乾淨銅表面分解示意圖 37
圖4.2.1 曝露不同量的乙醇下,O 1s 以及 C1s的光電子能譜 41
圖 4.2.2 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在乙醇環境下5 s,
所得到的 TPD 圖譜 42
圖 4.2.3 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在乙醇環境下20 s,
所得到的 TPD 圖譜 43
圖4.2.4 溫度100 K 時,釋放不同曝露量CH3CH2OH 於Cu(110)表面上,追蹤CH3CH2OH (m/e=31)分子脫附的TPD 圖譜 44
圖4.2.5溫度100 K 時,曝露CH3CH2OH 40 sec 於Cu(110)表面上,
加熱到指定溫度,所收到的C 1s以及O 1s能譜 47
圖4.3.1 曝露不同量的丙醇下,O 1s 以及 C1s的光電子能譜 52
圖 4.3.2 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在丙醇環境下5 s,
所得到的 TPD 圖譜 53
圖 4.3.3 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在丙醇環境下20 s,
所得到的 TPD 圖譜 54
圖4.3.4溫度100 K 時,曝露CH3CH2CH2OH 40 sec 於Cu(110)表面上,加熱到指定溫度,當時收到的C 1s以及O 1s能譜 55
圖 4.4.1 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在丁醇環境下5 s,
所得到的 TPD 圖譜。 57
圖 4.4.2 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在丁醇環境下20 s,
所得到的 TPD 圖譜 58
圖4.4.3 溫度100 K 時,釋放不同曝露量丁醇 於Cu(110)表面上,追蹤丁醇 (m/e=56)分子脫附的TPD 圖譜 59
圖4.4.4 於100 K 時,不同甲醇曝露量下,在Cu(110)表面上所得到O 1s 及C 1s 的能譜 62
圖4.4.5溫度100 K 時,曝露CH3CH2OH 40 sec 於Cu(110)表面上,
加熱到指定溫度,所收到的C 1s以及O 1s能譜 63
圖4.5.1 曝露不同量的異丁醇下,O 1s 以及 C1s的光電子能譜 66
圖 4.5.2 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在異丁醇環境下5 s,
所得到的 TPD 圖譜 67
圖 4.5.3 溫度100 K 時,Cu(110)表面曝露在異丁醇環境下5 s,
所得到的 TPD 圖譜 68
圖4.5.4 溫度100 K 時,釋放不同曝露量異丁醇 於Cu(110)表面上,追蹤2-methyl-1-propanal (m/e=72)分子脫附的TPD 圖譜 69
圖4.5.5溫度100 K 時,曝露異丁醇 40 sec 於Cu(110)表面上,
加熱到指定溫度,所收到的C 1s以及O 1s能譜 72
圖5.1.1 直鏈烷醇相對的物理脫附溫度 76

表目錄
表3.5.1 實驗藥品目錄 31
表5.1.1直鏈烷醇類化學吸附和物理吸附相對的脫附溫度表 76
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