투과전자현미경(TEM)과 질량분석기(MS)를 연결한 현장 가스반응 관찰시스템을 이용한 Pd 촉매반응 관찰 [GC-QMS × TEM Application]
엠에스팁 455호
개요
MEMS-Chip형 샘플 홀더를 사용함으로써 범용 TEM에서도 고압이나 수중 등 실제 사용되는 조건과 유사한 조건에서 샘플을 관찰하는 것이 가능해졌습니다. 또한 MS 등의 가스 분석 장비와 결합하여 TEM 관찰과 발생 가스 분석을 동시에 수행하는 것이 가능해졌습니다. 이번 MSTips에서는 프로토칩스에서 제작한 in-situ 샘플홀더를 장착한 JEM-ARM1600F에 JMS-Q200GC를 연결하여 배기가스정화촉매인 팔라듐(Pd)의 반응관찰을 보고해보겠습니다.
그림 1 현장 가스 반응 관찰 시스템
실험
샘플로는 시중에서 판매되는 Pd 나노입자를 사용했습니다. 메탄(CH4) 및 산소(O2)을 원료가스로 in-situ 시료 홀더에 공급하고, 25~960℃ 범위에서 가열(필요에 따라 유지 및 냉각)하면서 TEM 관찰과 MS 가스 분석을 동시에 수행하였다. 표 1은 각 장치의 측정 조건을 보여줍니다.
표 1 측정 조건
결과
그림 2는 현장 샘플 홀더(가운데), TEM 이미지(위) 및 SIM 크로마토그램에 대한 가열 프로그램을 보여줍니다. m / z 44 (CO2) (낮추다). CO 약 560℃에서2 Pd 입자의 미세한 진동과 동시에 발생이 관찰되었다. 이러한 현상은 냉각되면 멈추고 가열하면 다시 나타납니다. 추가 가열 시 Pd 입자의 응축이 관찰되었습니다.
그림 2 TEM 이미지(위), 현장 샘플 홀더의 온도(가운데), SIM 크로마토그램 m / z 44(하)
그림 3은 샘플 홀더 온도 350→560→350℃ 사이에서 각 모니터 이온의 SIM 크로마토그램을 보여줍니다. 메탄 감소(CH4) 및 산소(O2), 물질가스인 물과 물의 증가(H2O), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO)2)이 생성가스로 관찰되었다.
그림 3 각 모니터 이온의 SIM 크로마토그램
결론
이러한 결과는 Pd 촉매 반응의 메커니즘을 분석하고 조건을 최적화하는 데 중요합니다. JEM-ARM200F와 JMS-Q1600GC를 결합한 현장 가스 반응 관측 시스템은 촉매 등 고기능성 물질 분석에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
