전자 상자성 공명 및 교정 가스 흐름에 의해 탄소 표면의 급진적 자연 탐험

다음 실험의 전반적인 목표는 고체 탄소 기질 표면에 있는 안정적인 라디칼의 특성과 이러한 라디칼에 대한 산화의 영향을 특성화하는 것입니다. 이는 진공 오븐에서 섭씨 95도의 건조된 탄소 시료를 준비함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 반자성 가스 흐름이 샘플을 통해 섬광을 내뿜고 탄소 라디칼의 성질을 EPR 분광법으로 감지하여 불활성 환경에서 탄소 라디칼의 특성과 형성 속도를 특성화합니다.

다음으로, 산화 환경에서 탄소 라디칼이 사라지는 것을 추적하기 위해 탄소 샘플을 통해 공기 또는 산소를 흐릅니다. 결과는 탄소 기판이 B-E-T-F-T-I-R 및 EPR 측정을 기반으로 한 복합 재료와 낮은 밀도에 따라 산화 처리의 영향을 다르게 받는다는 것을 보여줍니다. 이 기술의 의미는 석탄과 같은 고체 에너지 자원으로 확장됩니다.

이러한 산화 과정은 적절한 저장 및 활용에 중요한 영향을 미치기 때문입니다. 이 방법은 고체 표면의 표면 작용기에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 제올라이트, 메조, 포스트 재료 및 단층과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 우리는 다양한 두개골 샘플이 서로 다른 급진적 성질을 가지고 있다는 것을 알았을 때 처음으로 이 아이디어를 떠올렸습니다.

이 절차를 시작하기 전에 진공 오븐 내부의 불활성 환경에서 열린 유리 바이알의 샘플을 가열하여 EPR 측정을 위한 탄소 샘플을 준비합니다. 그런 다음 각 바이알에 석탄 샘플을 채우고 각 샘플 바이알에 고무 격막과 알루미늄 캡을 씌워 미량의 산소를 모두 제거합니다. 바이알을 진공 시스템에 연결하고 모든 밸브를 밀봉합니다.

진공 펌프를 켭니다. 진공 밸브를 연 후 모니터에 약 0.1mbar의 진공이 표시될 때까지 기다립니다. 진공 밸브를 닫고 30까지 세어 누출이 최소화되었는지 확인하십시오.

샘플 밸브를 열어 바이알의 대기를 제거합니다. 압력이 이전 단계에서 결정된 초기 압력 값으로 돌아오면 누출 테스트를 반복합니다. 진공을 달성하고 남은 대기의 바이알을 효과적으로 정화한 후 진공 밸브를 닫습니다.

그런 다음 즉시 불활성 가스 밸브를 열고 압력이 0.5 기압에 도달하도록했습니다. 그런 다음 불활성 가스 밸브를 닫고 진공 밸브를 열어 가스를 제거하십시오. 시스템을 퍼지한 후 진공 밸브를 닫고 즉시 가스 밸브를 열어 압력이 0.5기압에 도달하도록 합니다.

시스템이 두 번째로 퍼지되면 가스 밸브를 열고 압력이 1기압에 도달하도록 합니다. 가스 밸브와 샘플 밸브를 닫은 후 부드럽게 아래쪽으로 당기고 바늘을 제거하여 바이알을 제거합니다. 그런 다음 진공 밸브를 열어 진공 시스템에서 가스를 퍼지합니다.

샘플 밸브를 열어 공기가 시스템으로 유입되도록 하는 동시에 진공 펌프를 꺼서 오일의 역류를 방지합니다. 이 시점에서 갓 헹궈낸 EPR 튜브의 열린 끝을 탄소 샘플이 들어 있는 바이알에 부드럽게 돌립니다. EPR 튜브를 누르고 돌립니다.

그런 다음 샘플이 바닥에 고르게 분산될 때까지 부드럽게 두드립니다. 튜브에 충분한 양의 샘플이 들어 있으면 약 0.5-1cm의 고무 테프론 퍼티를 사용하여 팁을 밀봉합니다. 흐름 시스템을 설정하려면 석영 튜브를 EPR 공진기에 삽입하고 석탄으로 채워진 EPR 튜브 섹션이 전체 공진기 캐비티를 채우는지 확인합니다.

원하는 유량 가스가 있는 탱크를 설정하고 유량을 제어하기 위해 두 개의 작동 밸브가 있는지 확인하십시오. 그런 다음 고무 튜브를 탱크에 연결하고 튜브가 석영 튜브에 부담을 주지 않도록 충분히 당겨서 EPR 석영 튜브의 끝에 도달하도록 합니다. 유량 컨트롤러를 고무 튜브에 연결하여 가스 흐름을 모니터링합니다.

고무 튜브에 작은 게이지 바늘을 부착 한 후 자기장에 영향을 미치지 않도록 샘플에서 약 3-4cm 위가 될 때까지 고무 테프론 퍼티를 통해 바늘을 삽입합니다. 그런 다음 고무 퍼티에 구멍을 뚫어 유출 가스를 방출합니다. EPR 분광계를 켠 후 마이크로파 튜닝 패널을 엽니다.

33데시벨 전력에서 딥을 찾고 자동 튜닝을 사용하여 최상의 튜닝 조건을 얻으십시오. 마이크로파 전력이 2밀리와트로 설정되면 자기장과 시간의 함수로 2D 실험을 엽니다. 그런 다음 실험의 적절한 매개 변수를 설정합니다.

그런 다음 측정 주기를 시작하고 가스 흐름을 켭니다. 샘플이 평형에 도달하고 EPR 선 모양에 더 이상 변화가 없으면 가스 흐름을 중지하고 샘플을 공기에 노출시킨 다음 측정을 계속합니다. 50 스펙트럼을 얻거나 평형에 도달할 때까지. 1.

다양한 석탄 샘플에 대해 EPR 실험을 수행할 때 약 2.0028의 G 값에서 두 번째 종이 관찰되었습니다. 이 G 값은 자유 전자의 값에 가깝고 unsu 치환된 atic 탄소 중심 라디칼과 일치합니다. 그러나 각 샘플의 총 스핀 농도는 플러스 마이너스 10% 이내로 일정하게 유지되었습니다.여기에 표시된 실험 오류는 석탄 샘플이 이산화탄소에 노출된 후 0초 및 1900초 스캔입니다.

1900초의 EPR 스펙트럼은 두 가지 종으로 특징지어집니다. 첫 번째는 5G의 선 너비로 G 값 2.004이고, 선 너비가 2.0 G.It 인 G 값 2.0028에서 훨씬 좁은 두 번째 종은 이 두 번째 종의 형성 속도가 약 500초인 것으로 밝혀졌습니다. 흥미롭게도, 안정화 후 이 두 번째 종의 형성 정도는 모든 석탄 샘플에서 유사하며 초기 스핀 농도에 비해 4-5%로 평가되었습니다.

나머지 스핀은 탄소 중심 라디칼 또는 산소 원자가 있는 탄소 중심 라디칼에 해당합니다. 각 샘플에서 우세한 라디칼 종의 서로 다른 G 값은 석탄의 특성에 따라 다릅니다. 각 석탄 샘플에 대한 이 두 번째 종의 형성 역학이 다르기 때문에 샘플의 기공 영역 및/또는 표면 작용기와 관련이 있어야 합니다.

이러한 작용기를 더 잘 특성화하기 위해 BET 및 NMR과 같은 다른 기술이 EPR 데이터를 보완해야 합니다. 이 절차를 시도하는 동안 차가운 샘플을 효과적으로 건조시키는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 이 단계는 물 분자가 호출 기질에서 재흡수되지 않는 기준선을 생성할 수 있도록 하는 데 중요합니다.

이러한 절차에 따라 원소 분석 NMR BT 및 FT IR과 같은 다른 방법을 수행하여 작용기의 특성, 샘플의 다공성 및 조성과 같은 추가 질문에 답할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 산소 공급 하에서 라디칼로 고체 표면의 간단한 특성화를 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.