近场红外光谱是一种重要的分析方法，广泛应用于材料科学、生物科学以及光学研究。本文全面回顾了近场红外光谱的基础知识、其原理及其在纳米尺度硫中毒痕量鉴定中的用途。

什么是近场红外光谱？

近红外光谱 (NIRS) 是一种调查过程，它利用发射具有指定频率和波长光谱（通常为 800-2500nm）的光的发生器，使研究人员能够获得所调查物质的有机成分的全面图像。它利用了电磁频谱的近红外区域。

在过去的二十多年里，近红外光谱在设备、光谱分析和实施等许多领域取得了长足的发展，并被广泛用作各行各业的有力工具。

近场红外光谱简史

尽管 NIR 光谱法被认为是一种最近的技术，但它的起源可以追溯到 1800 年，当时确定可以使用一系列带有变暗灯泡的温度计来观察超出光谱可见部分的电磁辐射散射。然而，在 1960 年代左右发生了重大进展，使其能够在畜牧业和其他部门的许多地方实施。

近场红外光谱的工作原理

NIR 光谱中的宽条纹是由相邻频率处的强吸收引起的。近红外光谱吸收带主要是谐波和具有各种化学键的声子模式的混合物。在 NIR 波长处从这种化学键吸收的电离波提供了材料特有的光谱，并起到“指纹”的作用。

收集到的光谱包含有关样品中天然成分的理化特性的信息，以及有关化学成分的基本信息。

催化过程中使用哪些材料？

催化是一个必不可少的过程，是多个行业的支柱。提高催化剂寿命和耐久性是交叉分析的主要领域。许多催化过程涉及使用铂族金属 (PGM) 纳米粒子 (NP) 和具有不同尺寸、形态和拓扑结构的多金属结构，这些结构分散在可渗透的金属氧化物载体基底上。

含硫化合物，例如 SO x，可以牢固且通常永久地附着在铂族金属以及金属氧化物载体底物上，最终导致催化失活并降低催化转化和特异性。

硫中毒——催化过程的严重威胁

硫毒性引起的催化失活是各种工业化学方法中的关键挑战。这包括复杂的过程，例如固体氧化物燃料电池 (SOFC)、催化废气流出控制框架、工业（改进的）克劳斯过程、催化烃热解结构、光/电催化水电解和大量硫酸生产。

硫中毒研究中的挑战

完全理解和根除这一巨大问题的分子水平的科学知识仍然不完整。这是因为完整的硫中毒知识需要先进的实验方法，在不影响化学键、化学键、吸附位置和吸附形态的细节的情况下实现纳米级位置精度。

传统光谱方法的局限性

不幸的是，大多数用于表征反应性金属/金属-氧化物界面的传统光谱、微米和晶体学方法缺乏在高分辨率和化学结构/键合特异性之间的权衡。

扫描隧道/原子力/透射电子显微镜 (STM/AFM/TEM) 通常不能同时提供有关生化有机化合物、结构性质和催化吸附位点的吸附形态的相关信息。对于蜂窝数据收集，这些方法通常受限于不合理的低浓度（10-12 atm）和冷冻条件（低于 20 K）。

由于使用高能电子或辐射，其中一些程序也可能导致样品损坏。

NFIR 相对于传统技术的优势

远场光学光谱/显微镜中使用的红外 (IR) 光子可提供全面的化学/键合/吸附形态数据，而不会导致样品变质。然而，由于衍射极限，它们被限制在 >1.2 μm 的潜在像素尺寸。

因此，对金属/金属-氧化物催化整合的典型远场红外光谱/显微镜研究会产生来自许多区域的复杂结果，使得对各个领域的特定吸附物进行唯一准确的识别是不可能的。

最新研究

Ozensoy 等人。在美国化学学会杂志上发表了一篇文章，展示了扫描 NFIR 以识别和分析硫中毒。结果数据表明，由于表面形态差异，吸附剂表面的种类及其在催化剂表面上的吸附模式不仅在特定的 PGM 纳米颗粒上而且在几个 PGM 纳米颗粒之间可能存在显着差异。

近场信号强度随针尖表面接触、峰值界面接近度、针尖/圆盘配置以及附近圆盘之间的近场连接而变化。最近的 DFT 理论结果表明，通过改变 H 2 SO 4 (aq) 接触时间来改变硫酸盐的毒性量，不仅可以改变 Pd 纳米盘/Al 2 O 3上硫酸盐的吸附模式，还可以改变其吸附强度。薄膜）/Si（100）表面可以改变。

催化一直是重要的工业动力，到 2025 年，国际经济价值高达 340 亿美元，年增长率为 4.5%。需要研究以进一步了解硫中毒的化学性质以避免这种现象。