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电子自旋共振(ESR)及在催化中的应用.pptx

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电子自旋共振(ESR)及在 催化中的应用
电子自旋共振技术的发展 Ø 1924年,泡利(Wolfgang Pauli )在研究光谱的 精细结构时提出泡利不相容原理。 Ø 1925年,G.E.乌伦贝克和 S.A.古兹密特受到泡利 不相容原理的启发,提出电子具有内禀运动— —自旋,并且有与电子自旋相联系的自旋磁矩。 Wolfgang Pauli (1900-1958) Ø 1944年,前苏联的扎沃依斯基从MnCl2、CuCl2等 顺磁性盐类中首次观察到电子顺磁共振现象,并 提出了检测EPR信号的实验方法。随后电子顺磁 共振逐步被用于科学研究。 Yevgeny Zavoisky (1917-1976)
内容 电子自旋共振(ESR) (Electron Spin Resonance) 电子顺磁共振(EPR) (Electron Paramagnetic Resonance) 电子磁共振(EMR) (Electron Magnetic Resonance) l ESR基本原理和特点 l ESR仪器构造和实验方法 l ESR在催化研究中的应用实例分析
基本原理 N µ q( H S N S 磁矩与外磁场H的相互作用 未成对电子自旋磁矩与外磁场相互作用能 E=-µ ▪ H =-µHcosq =-µz H 根据泡利不相容原理:只有存在未成对电子 的物质在外磁场中才会呈现顺磁性。 ESR研究的是含有未成对电子的顺磁 性物质 电子的磁共振 电子自旋磁矩 电子轨道磁矩 (贡献很小)
基本原理 E=-µ ▪ H 在垂直于稳恒磁场H方向加一频率为υ的电磁辐射 场,根据经典力学或量子力学的计算结果,当满 足条件:E = hν = gβH ,则部分低能级的电子跃迁 至高能级。 ——顺磁共振现象。 为什么需要垂直于外磁场方向? 物质在恒定外磁场作用下发生磁化,物质中的元磁矩受磁 力矩作用,发生拉莫尔进动,磁矩µ会绕着B0方向进行旋转。 此时,若在垂直于B0的方向施加一个弱磁场B1(B1<
基本原理 Zeeman分裂 1896年8月的一天,荷兰物理学家Zeeman把一盏燃烧着钠的本生灯 (Bunsen burner)放到了电磁铁的两极间,奇妙的事情发生了:原本是单 一谱线的钠光谱一下裂变成了三条!进一步的研究揭示了这一现象的奥秘: 原来钠原子的电子能级在磁场的作用下产生了分裂,电子在不同能级间的 跃迁就发出了三种不同波长的光。这一现象被命名为Zeeman分裂,Zeeman 本人也因此获得 1902 年的诺贝尔物理奖。
基本原理 Zeeman分裂 ms E= 1/2 gβH hv ΔE = hν = gβH Eβ=-1/2 gβH EPR谱图 准确测出最大吸收的位置
基本原理 Δ E = hν = gβH ——ESR共振条件 h --- Planck常数,β --- Bohr磁子, β =9.2741x10-28J ▪ Gs- 1 , g --- 朗德因子,简称g因子 在自由基体系中(若g = 2)施加磁场H= 3500 Gs,可以计算出电磁辐射场 的频率υ =9.79 GHz,该频率属于微波频率范围。
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