【儀表網(wǎng) 儀表標準】由中國材料與試驗團體標準委員會科學試驗領域委員會科學試驗創(chuàng)新方法技術(shù)委員會(CSTM/FC98/TCO2)歸口承擔的為CSTM LX 9802 00959—2022《催化材料準原位測試方法X射線光電子能譜》團體標準已完成征求意見稿，按照《中關村材料試驗技術(shù)聯(lián)盟團體標準管理辦法》的有關規(guī)定，現(xiàn)公開廣泛征求意見。
 

　　X射線光電子能譜(XPS)作為一種強大的表面分析手段，被廣泛應用于催化、材料及表面科學等領域，研究固體表面元素組成、含量以及化學狀態(tài)的變化。準原位XPS測試方法是指在對樣品進行特定的氣氛或溫度處理之后，采取必要的保護措施以盡可能消除環(huán)境和位置變化對樣品某種特性的影響，達到對樣品表面變化情況進行準確跟蹤及分析的目的。
 

　　隨著催化科學的發(fā)展，催化工作者們開始越來越關注催化材料表面在經(jīng)過反應氣氛和溫度處理后的真實狀態(tài)，以正確認識和理解催化反應過程中的構(gòu)效關系和催化反應行為，因而對于準原位XPS測試的需求日益增加。然而，催化材料的多樣化、實驗的復雜性以及XPS測試的表面敏感性都增加了此類實驗表征的難度。目前，國內(nèi)許多學校和科研機構(gòu)雖然具備進行準原位測試的儀器條件，但缺乏相關的測試經(jīng)驗和參考標準，難以進行準確高效的準原位測試。因此，現(xiàn)在迫切需要制定催化材料的準原位XPS實驗測試標準規(guī)范，為相關科學領域的研究提供通用的測試方法以便參考。
 

　　本文件參照GB/T 1.1—2020 《標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》和GB/T 20001.4《標準編寫規(guī)則 第4部分：試驗方法標準》給出的規(guī)則起草。參考GB/T 3163—2007 真空技術(shù) 術(shù)語(ISO 3529: 1981, MOD)；GB/T 19500 X射線光電子能譜分析方法通則；GB/T 22461—2008 表面化學分析 詞匯(ISO 18115: 2001, IDT)；GB/T 25184 X射線光電子能譜儀檢定方法等規(guī)程內(nèi)容編制。
 

　　儀器和設備：
 

　　1.空氣敏感樣品轉(zhuǎn)移器(AST)
 

　　AST通常是帶有樣品傳輸機構(gòu)的便攜式密封真空容器，包括真空密封閥及可與XPS設備連接的標準接口，其密封性能應達到超高真空要求，可快速與XPS設備的LL/STC連接并將樣品轉(zhuǎn)入其中。AST整體大小應可放入標準手套箱內(nèi)實施樣品安裝，選擇在真空條件或惰性氣體保護環(huán)境下將待測樣品安裝到測試用樣品托上并裝入AST中，密封的AST應盡快與XPS儀器對接并進行測試。
 

　　2.催化反應室(CRC)
 

　　CRC主要用于CRC主要用在催化材料的制備、預處理、吸脫附或催化反應過程中，它通過標準真空接口可與XPS儀器的LL、STC或SAC連接并使用真空閥門隔離，其附帶機械傳遞裝置便于樣品托在CRC與XPS儀器間傳遞。CRC應與XPS儀器的超高真空兼容，其高溫高壓處理腔需有多路氣體進出口滿足實驗需求。當進行上述處理或反應時，應確保在設計溫度和設計壓力下使用，處理腔內(nèi)壁應采用惰性材料或惰性處理避免對處理或反應中的催化材料產(chǎn)生干擾而影響XPS測試的準確性，避免使用腐蝕性較強的氣體以免腐蝕管路及腔室，使用易燃易爆危險氣體應注意安全。
 

　　3.氣路控制系統(tǒng)
 

　　CRC可配備多路進出氣口，進氣口前端連進氣系統(tǒng)，氣路控制可采用流量計、截止閥和多通閥等部件控制進氣、氣體切換和氣體混合。出氣口連接壓力表、背壓閥和過壓保護閥，以達到監(jiān)測處理腔內(nèi)壓力、穩(wěn)壓和防止過壓的目的。
 

　　使用AST的實驗步驟：
 

　　1.樣品在相關實驗室完成預處理或催化反應后，需保證在不暴露空氣的條件下轉(zhuǎn)移至惰性氣氛手套箱中完成制樣并安裝到樣品托上，方法參見本文件(7.1.1)。若樣品的制備和處理是在手套箱中進行的，直接按8.1.2進行樣品轉(zhuǎn)移。
 

　　2.在手套箱內(nèi)把裝有待測樣品的樣品托放入AST中密封后從手套箱中取出，再將AST連接到XPS儀器快速將樣品轉(zhuǎn)移至LL/STC中，待達到儀器真空要求后轉(zhuǎn)移進入SAC準備進行XPS測試。
 

　　a) 通常AST內(nèi)部為常壓惰性氣體(氮氣或氬氣)保護狀態(tài)，若與儀器LL/STC密封連接，應用惰性氣體對LL/STC進行清洗(抽氣和充氣)后開啟密封閥傳遞樣品。
 

　　b) 如AST內(nèi)部為(超)高真空環(huán)境，可待LL/STC達到(超)高真空時開啟密封閥傳遞樣品，但需根據(jù)樣品對環(huán)境氣氛的敏感程度考慮進行LL/STC清洗操作。
 

　　使用CRC的實驗步驟：
 

　　1.將實驗所需使用的氣體接入CRC進氣系統(tǒng)中，根據(jù)實驗要求對進氣管路進行清洗，避免氣路連接過程中管道中殘余氣體的干擾。
 

　　2.將樣品放入CRC內(nèi)并抽真空，可依據(jù)實驗目的和要求進行樣品初始狀態(tài)的XPS測試。
 

　　3.調(diào)整處理腔內(nèi)的氣體流量和壓力并保持穩(wěn)定，設定目標溫度或程序升溫進行實驗。
 

　　4.實驗結(jié)束后，關停反應氣或更換淬滅氣體停止反應，處理腔停止加熱，降溫后抽真空，當CRC真空度符合樣品傳遞要求后，樣品可轉(zhuǎn)移至SAC進行XPS測試。
 

　　5.若樣品需要多次實驗和XPS測試時，則需要在CRC和SAC間重復8.2.2-8.2.4的步驟進行處理和測試。
 

　　6.XPS測試參照GB/T 19500進行寬譜和窄譜的數(shù)據(jù)采集。
 

　　實驗數(shù)據(jù)處理：
 

　　本文件所需用到的XPS數(shù)據(jù)定性和定量分析方法可參照GB/T 30704和GB/T 19500。
 

　　試驗報告：
 

　　試驗報告應當包括下列內(nèi)容：a)識別樣品、實驗室和試驗日期所需的全部資料；
 

　　b)引用標準；c)CRC處理條件、實驗步驟或AST轉(zhuǎn)移方法；d)XPS測試條件和數(shù)據(jù)處理方法；e)報告所關注元素的價態(tài)和含量變化；f)實驗及測試中發(fā)現(xiàn)的偏離情況；g)對XPS測試結(jié)果可能已產(chǎn)生影響的本文件中未作規(guī)定的各種操作或任選的操作。
 

　　本文件規(guī)定了一種可適用于需預處理/反應和對環(huán)境敏感的某些特定催化材料的準原位XPS實驗測試方法。(更多詳情請見附件)