[發明專利]一種基于多重分形的負載型金屬催化劑表面金屬分散度的表征方法

在審

• 申請號: 202010936147.7
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112082910A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 張巍;湯云灝;盧程;趙斌;尹艷山;卿夢霞;宋權斌;阮敏;陳冬林
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 何文紅

本發明公開了一種基于多重分形的負載型金屬催化劑表面金屬分散度的表征方法，該表征方法，包括以下步驟：對負載型金屬催化劑的掃描電鏡圖進行處理與計算，得到負載型金屬催化劑表面金屬顆粒分布的多重分形譜參數并繪制多重分形譜圖，由此計算得到負載型金屬催化劑的多重分形譜寬度；根據負載型金屬催化劑的多重分形譜寬度，定性或定量表征負載型金屬催化劑表面金屬分散度。本發明基于多重分形的負載型金屬催化劑表面金屬分散度的表征方法，能夠科學、準確、便捷地定性或定量表征負載型金屬催化劑表面金屬分散度，相比其他常規測定方法，能夠節省大量的檢測時間和成本，有著很高的使用價值和很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于環境催化材料和環境保護技術領域，尤其涉及一種基于多重分形的負載型金屬催化劑表面金屬分散度的表征方法。

背景技術

催化技術作為現代化學工業的基礎和化工技術進步的動力，在石油煉制、化學、高分子材料、醫藥等工業以及環境保護產業中均起著舉足輕重的作用。催化劑的使用有利于簡化工藝工程、緩和操作條件、降低生產成本和減少環境污染。催化劑種類繁多，其中負載型金屬催化劑因其具有重復利用率高、優異的活性、選擇性和穩定性等特點而得到了廣泛的應用。

負載型金屬催化劑表面金屬分散度是影響催化劑性能的主要因素，提高分散度有利于增強催化劑活性、選擇性和穩定性。對于負載型金屬催化劑而言，每個過渡金屬原子都可充當活性中心，提高負載型金屬催化劑表面金屬分散度將改善金屬顆粒在催化劑表面的均勻性，從而增大催化劑比表面積以及與反應物接觸的機會，進而實現提高催化劑活性和穩定性以及降低副產物生成的目標。此外，負載型金屬催化劑表面金屬高度分散還能有效提高金屬的利用率，減少金屬的使用量，降低催化劑的生產成本。

目前，負載型金屬催化劑表面金屬分散度的測定方法主要包括靜態化學吸附法、動態化學吸附法、X射線光電子能譜法(XPS)、X射線衍射寬化法(XRD)和透射電子顯微鏡法(TEM)等。上述金屬分散度測定方法具有各自不同的適用范圍及局限性，且均屬于實驗方法，實驗過程繁瑣且需耗費大量時間和成本。因此，有必要研究一種能夠科學、準確、便捷地定性或定量表征負載型金屬催化劑表面金屬分散度的方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種能夠科學、準確、便捷地定性或定量表征負載型金屬催化劑表面金屬分散度的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種基于多重分形的負載型金屬催化劑表面金屬分散度的表征方法，包括以下步驟：

S1、將負載型金屬催化劑的掃描電鏡圖轉化成黑白二值圖；

S2、利用不同尺度的盒子覆蓋黑白二值圖，按照盒計數法計算不同尺度盒子中負載型金屬催化劑表面金屬顆粒的概率分布；

S3、利用負載型金屬催化劑表面金屬顆粒的概率分布構造配分函數，根據概率分布、配分函數，計算負載型金屬催化劑表面金屬顆粒分布的多重分形譜參數并繪制多重分形譜圖，獲得負載型金屬催化劑的多重分形譜寬度；

S4、根據負載型金屬催化劑的多重分形譜寬度，定性表征負載型金屬催化劑表面金屬顆粒分布的均勻性或定量表征負載型金屬催化劑表面金屬分散度。

上述的表征方法，進一步改進的，步驟S1中，利用Matlab軟件中的graythresh函數和im2bw函數，將負載型金屬催化劑的掃描電鏡圖轉化為黑白二值圖。

上述的表征方法，進一步改進的，所述步驟S2為：

S21、用尺度為ε的盒子覆蓋黑白二值圖，其中盒子的尺寸ε處于0至圖像的最大像素值之間；

S22、統計每個ε尺度的盒子下存在催化劑表面金屬顆粒的方格數目N_i；