イン・シチュガス・固体相互作用の調査ツールとしてのFTIR分光法:UiO-66金属有機フレームワークにおける水強化CO2吸着

吸着異種触媒は固体表面で発生する重要なプロセスが多すぎます。新しい効果的な材料をうまく設計するには、ガス/固体相互作用を詳細に理解する必要があります。その際赤外線分光法は、この目的のために最も有用な技術の一つである。

このビデオでは、ガス/固体相互作用の研究において、多結晶固体表面の赤外線特性評価に使用するプロトコルを示します。ビデオをお楽しみください。プレスダイの研磨表面に約20ミリグラムのサンプルパウダーのグリットを使用して均一に広げます。

粉末が金属表面に付く場合は、マイカまたは透明な梱包テープを使用してダイに接着。別の上に置き、粉末に面した研磨面で死ぬ。いくつかの穏やかな回転の動きと標本の均等な配分を保障しなさい。

その後、油圧プレスに2つのシリンダーを入れて、圧力の0.2トンを適用します。約2分後、圧力をゆっくりと減らし、シリンダーをプレスから取り外します。ペレットが形成されていない場合は、より高い圧力を加え、手順を繰り返します。

メスや刃を使って、ペレットの一部を約10×10ミリメートルの大きさで切ります。幾何学的な表面とペレットの重量を測定します。ペレットをサンプルホルダーに入れる。

サンプルホルダーをIRセルに入れ、サンプルをオーブンゾーンの中央に移動します。セルを真空/吸着装置に接続し、その間に既知の体積を持つ貯蔵所(この場合は約0.5ミリリットル)を置きます。システムを退出します。

活性化温度を573ケルビンに調整し、1分間に2〜5ケルビンの間の推奨加熱速度を調整します。その後、この温度でサンプルを1時間避難させます。磁石を使用して、ペレットをオーブンの外に移動し、室温または周囲温度に達するために10分待ちます。

その間、バックグラウンドスペクトルを登録します。次に、ペレットをIRビーム経路に移動し、サンプルスペクトルを登録する。サンプルの赤外線スペクトルは、その表面に関するかなり貧弱な情報を与えます。

いわゆるプローブ分子の吸着が詳細な情報を得るために使用される理由です。プローブ分子は、特異的に吸収される物質です。彼らのIRスペクトル、またはそれらが土壌のスペクトルで引き起こした変化に基づいて、吸着中心の種類と特性について結論を出すことができます。

サンプルが IR ビーム パスに配置されていることを確認します。少量、すなわち0.5マイクロモルの吸熱物を細胞に導入し、この場合は重症アセトニトリルを投与する。IR スペクトラムを記録します。

次いで、吸引の第2の用量を導入し、手順を繰り返す。スペクトルの変化が起こらないまでこれを行います。これ以上変更が起こらないまで、サンプル記録スペクトルを退行します。

次に、サンプルを323ケルビンのプリセット温度でオーブンに移動します。この温度で15分の避難後、ペレットをオーブンの外に置き、周囲温度に達するために10分間待ちます。その間に、新しい背景スペクトルを登録します。

ペレットを IR ビームパスに移動し、サンプルスペクトルを登録します。初期サンプルスペクトルと一致するスペクトルを得るまで、50ケルビンのステップでオーブン温度を上げる手順を繰り返します。低温実験中に細胞窓の深い冷却を防ぐために、まず水循環システムをオンにします。

次に、サンプルがIRビームパスに位置していることを確認します。液体窒素で細胞貯留槽を充填し、全体の実験中にフルに保ちます。サンプルを冷却した後、スペクトルを記録します。

次に、この特定の場合に一酸化炭素を吸引し、連続した少量で、それぞれ0.5マイクロモルを導入する。各用量の後にスペクトルを記録します。2ミリバールの平衡圧力ゼロでこれらの実験のセットを終了します。

次に平衡圧力を低下させ始め、まず希釈して、次に低温での避難によって、再びスペクトルを記録する。各スペクトルの圧力をマークします。これ以上変化が起こらなくなったら、リザーバに液体窒素を充填するのをやめ、温度を上昇させる動的真空下でスペクトルを記録してください。

吸着を伴うプロセスによって解決できる問題。ここでは、UiO-66の特性評価の結果、二酸化炭素に対する吸着能力の適切な使用と増強を提示する。周囲温度での避難後に登録されたUiO-66のIRスペクトルには、リンカー、残留ジメチルホルムアミド、テレフタル酸およびエステル、単離およびH結合構造OH基によるバンドが含まれる。

573ケルビンでの避難は、残差および構造ヒドロキシルのほぼ完全な消失をもたらす。すなわち、試料は実質的に清潔で脱ヒドロキシル化される。ちょうど避難したサンプル上の酸度を評価するためのプローブ分子であるアセトニトリルの吸着は、2276および2270の相互センチメートルのC-Nストレッチバンドを通して、ブロンステッド酸部位、ヒドロキシル基の存在を明らかにする。

同時に、OHバンドは赤ずれ170と250の逆センチメートルでシフトし、弱いブロンステッド酸度を示す。573ケルビンで活性化されたサンプルでは、ブロンステッド酸度を示すバンドは実質的に存在せず、これは観察されたサンプル脱ヒドロキシル化と一致する。しかし、2299逆センチメートルのバンドは、ジルコニウム4+ルイス酸部位上のアセトニトリルのために、よく見られる。

周囲温度で溶出した試料の低温CO吸着は、2153逆センチメートルのバンドを通してOH基によって偏極したCOを明らかにした。同時に、元のOHバンドは77の逆センチメートルで赤ずれ、ヒドロキシルの弱酸性度を確認する。573ケルビンで避難した試料を用いて、水酸基によって分極化したCOによる非常に弱いバンドを2154の逆センチメートルで検出し、サンプル中の低水酸濃度を再び確認した。

重要なことに、ジルコニウム4+サイトに協調したCOは検出されなかった。この観察は、ルイス酸部位が比較的強い塩基によってのみ監視できることを示しています, アセトニトリルとして, おそらくジルコニウム4+環境での構造再配置を介して.二酸化炭素は573ケルビンで避難したサンプルと接触した。

吸着したCO2は、2336の逆センチメートルの反対称伸縮モードによって監視されます。その後、水がシステムに導入され、2340逆センチメートルで高周波肩が徐々に発達し、最終的に地域のスペクトルを支配しました。協奏では、孤立したH結合構造ヒドロキシルによるバンドが発達した。

その結果、水蒸気がサンプルをヒドロキシル化し、CO2吸着部位として作用する構造水酸基を作り出した。この観察は、湿気の多い大気中でCO2吸着が増強され、この現象のメカニズムを明らかにすることができるという証拠があるため、重要である。