In situ FTIR Spectroscopy as a Tool for Investigation of Gas/Solid Interaction: Water-Enhanced CO 2 Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework FTIR Spectroscopy as a Tool for Investigation of Gas/Solid Interaction: Water-Enhanced CO2 Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework F

Catalyse hétérogène d’adsorption sentant trop de processus importants se produisant sur des surfaces pleines. Pour concevoir avec succès de nouveaux matériaux efficaces, il est nécessaire de comprendre en détail l’interaction gaz/solide. La spectroscopie infrarouge in situ est l’une des techniques les plus utiles à cet effet.

Dans cette vidéo, nous montrons le protocole que nous utilisons pour la caractérisation infrarouge de la surface des solides polycrystalline dans les études de l’interaction gaz/solide. Profitez de la vidéo. Étendre uniformément à l’aide d’un grain environ 20 milligrammes de poudre d’échantillon sur la surface polie d’un dé pressant.

Si la poudre colle à la surface métallique, utilisez du mica ou du ruban adhésif clair collé au dé. Placer sur le dessus un autre mourir avec le côté poli face à la poudre. Assurer une distribution uniforme du spécimen avec plusieurs mouvements rotatifs doux.

Ensuite, mettez les deux cylindres dans une presse hydraulique et appliquez 0,2 tonne de pression. Après environ deux minutes, réduire lentement la pression et retirer les cylindres de la presse. Si la pastille n’est pas formée, répétez la procédure, en appliquant une pression plus élevée.

À l’aide d’un scalpel ou d’une lame, couper un morceau de granulé avec des dimensions d’environ 10 x 10 millimètres. Mesurer la surface géométrique et le poids de la pastille. Placez la pastille dans le porte-échantillon.

Mettez le porte-échantillon dans la cellule IR et déplacez l’échantillon au milieu de la zone du four. Connectez la cellule à l’appareil de vide/adsorption, plaçant entre eux un réservoir avec le volume connu, dans ce cas, environ 0.5 millilitres. Évacuez le système.

Réglez la température d’activation à 573 Kelvins, taux de chauffage recommandé entre deux et cinq Kelvins par minute. Puis évacuer l’échantillon avec cette température pendant une heure. À l’aide d’un aimant, déplacez la pastille à l’extérieur du four et attendez 10 minutes pour atteindre la température ambiante ou ambiante.

Pendant ce temps, enregistrez un spectre de fond. Ensuite, déplacez la pastille sur le chemin du faisceau IR et enregistrez le spectre de l’échantillon. Le spectre infrarouge de l’échantillon donne plutôt peu d’informations sur sa surface.

C’est pourquoi l’adsorption des molécules dites de sonde est utilisée pour obtenir des informations détaillées. Les molécules de sonde sont des substances qui sont spécifiquement absorbées. Sur la base de leurs spectres IR, ou sur les changements qu’ils ont causés dans les spectres du sol, on peut tirer des conclusions sur le type et les propriétés des centres d’adsorption.

Assurez-vous que l’échantillon est situé sur le chemin du faisceau IR. Introduire une petite dose, à savoir 0,5 micromoles de l’adsorbate à la cellule, dans ce cas l’acétylisation stérilisé. Enregistrez un spectre IR.

Ensuite, introduire une deuxième dose de l’adsorbate et répéter la procédure. Faites cela jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de changements dans le spectre. Évacuez les spectres d’enregistrement de l’échantillon jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de changements.

Ensuite, déplacez l’échantillon au four avec une température prédéfinise de 323 Kelvins. Après 15 minutes d’évacuation à cette température, placez la pastille à l’extérieur du four et attendez 10 minutes pour atteindre la température ambiante. Pendant ce temps, enregistrez un nouveau spectre de fond.

Déplacez la pastille sur le chemin du faisceau IR et enregistrez le spectre de l’échantillon. Répétez la procédure en augmentant la température du four avec des marches de 50 Kelvins, jusqu’à obtenir un spectre coïncidant avec le spectre initial de l’échantillon. Pour éviter un refroidissement profond des fenêtres cellulaires pendant les expériences à basse température, allumez d’abord le système de circulation de l’eau.

Assurez-vous ensuite que l’échantillon est situé sur le chemin du faisceau IR. Remplissez le réservoir cellulaire d’azote liquide et gardez-le plein pendant toute l’expérience. Après refroidissement de l’échantillon, enregistrez un spectre.

Puis introduire adsorbate, dans ce cas particulier monoxyde de carbone, à petites doses successives, 0,5 micromoles chacun. Enregistrez un spectre après chaque dose. Terminez ces expériences avec une pression d’équilibre zéro de deux millibars.

Puis commencer à diminuer la pression d’équilibre, d’abord par dilution, puis par évacuation à basse température, à nouveau l’enregistrement du spectre. Marquez la pression dans chaque spectre. Lorsqu’il n’y a plus de changements, arrêtez de remplir le réservoir d’azote liquide et enregistrez les spectres sous vide dynamique à température croissante.

problème qui pourrait être résolu par des processus impliquant l’adsorption. Ici, nous présentons le résultat de la caractérisation de l’UiO-66, ainsi que l’utilisation appropriée et l’amélioration de sa capacité d’adsorption vers le dioxyde de carbone. Le spectre IR de l’UiO-66 enregistré après l’évacuation à température ambiante contient des bandes dues au lieneur, au diméthylformamide résiduel, à l’acide téréphtalique et aux esters, aux groupes structurels isolés et h-collés oh.

L’évacuation au 573 Kelvins entraîne une disparition presque complète des résidus et des hydroxyles structurels. C’est-à-dire que l’échantillon est pratiquement propre et déshydroxylaté. L’adsorption de l’acétyltrile, une molécule de sonde pour évaluer l’acidité, sur l’échantillon vient d’être évacué révèle l’existence de sites acides bronsés, des groupes hydroxyles, à travers des bandes d’étirement C-N à 2276 et 2270 centimètres réciproques.

Dans le même temps, la bande OH est rouge décalée de 170 et 250 centimètres réciproques, ce qui indique une faible acidité bronstée. Avec l’échantillon activé à 573 Kelvins, les bandes indiquant l’acidité bronsted sont pratiquement absentes, ce qui est compatible avec la déshydroxylation observée par l’échantillon. Cependant, une bande à 2299 centimètres réciproques, due à l’acétyonitrile sur les sites acides de Zirconium 4+Lewis, est bien vue.

L’adsorption de CO à basse température sur un échantillon évacué à température ambiante a révélé que le CO était polarisé par des groupes d’OH à travers une bande à 2153 centimètres réciproques. Simultanément, la bande oh originale est red-shifted de 77 centimètres réciproques, confirmant la faible acidité des hydroxyles. Avec un échantillon évacué à 573 Kelvins, une bande très faible due au CO polarisé par des groupes hydroxyles a été détectée à 2154 centimètres réciproques, confirmant à nouveau la faible concentration d’hydroxyle dans l’échantillon.

Fait important, aucun CO coordonné avec zirconium 4+sites n’a été détecté. Cette observation montre que les sites acides de Lewis ne peuvent être surveillés que par des bases relativement solides, comme l’acétyonitrile, probablement par réarrangement structurel dans l’environnement Zirconium 4+. Le dioxyde de carbone a été mis en contact avec un échantillon évacué au 573 Kelvins.

Le CO2 adsorbé est surveillé par les modes d’étirement antisymétriques à 2336 centimètres réciproques. Puis, l’eau a été introduite dans le système, ce qui a conduit au développement graduel d’une épaule à haute fréquence à 2340 centimètres réciproques, qui a finalement dominé le spectre dans la région. De concert, des groupes en raison d’hydroxyles structurels isolés et à liaison H se sont développés.

Les résultats montrent que la vapeur d’eau hydroxyle l’échantillon, créant des groupes hydroxyles structurels qui agissent comme sites d’adsorption de CO2. Cette observation est importante parce que les preuves que l’adsorption de CO2 pourrait être améliorée dans l’atmosphère humide et révèle le mécanisme de ce phénomène.