Name: In situ Spektroskopia FTIR jako narzędzie do badania oddziaływań gaz/ciało stałe: adsorpcja CO2 wzmocniona wodą w strukturze metaloorganicznej UiO-66 (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-02-01T12:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 38 s
Description: Poznaj spektroskopię FTIR in situ do badania właściwości powierzchni ciał stałych krystalicznych. Ta metoda umożliwia analizę interakcji gaz/ciało stałe i charakteryzację centrów adsorpcyjnych w materiałach takich jak UiO-66.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Ta praca była wspierana przez bułgarskie Ministerstwo Edukacji i Nauki (kontrakt DO1-214/28.11.2018) w ramach Narodowego Programu Badawczego "Niskoemisyjna energia dla transportu i użytku domowego - EPLUS" zatwierdzonego przez DCM #577/17.08.2018. Państwo Islamskie jest wdzięczne Hanowerskiej Szkole Nanotechnologii (HSN), zorganizowanej przez R. Hauga i F. Schulze-Widechelera.

1. Synteza UiO-66
UWAGA: Próbka UiO-66 została zsyntetyzowana metodą syntezy hydrotermalnej zgodnie ze zmodyfikowaną recepturą opisaną gdzie indziej19.
<ol>
	<li>Rozpuścić 0,28 g chlorku cyrkonu w 4,5 ml dimetyloformamidu. Następnie przygotować kolejny roztwór składający się z 0,42 g kwasu tereftalowego i 4,4 g kwasu benzoesowego w 10 ml dimetyloformamidu. Podgrzać roztwory do 423 K, połączyć je w autoklawie wyłożonym politetrafluoroetylenem i umieścić w konwencjonalnym piecu w temperaturze 453 K na 24 godziny.</li>
	<li>Po reakcji przemyć powstałe kryształy 3xCH3OH, a następnie wysuszyć je w temperaturze 313 K.</li>
</ol>
2. Wytwarzanie peletów
<ol>
	<li>Wytwarzanie peletów samonośnych
	<ol>
		<li>Rozprowadzić równomiernie, za pomocą siatki, około 20 mg próbki proszku na wypolerowanej powierzchni matrycy prasającej. Jeśli proszek przyklei się do metalowej powierzchni, użyj miki lub przezroczystej taśmy pakowej przyklejonej do matrycy. Umieść kolejną matrycę na górze wypolerowaną stroną skierowaną w stronę proszku. Zapewnij równomierne rozprowadzenie próbki kilkoma delikatnymi ruchami obrotowymi.</li>
		<li>Następnie umieść oba cylindry w prasie hydraulicznej i zastosuj nacisk 0,2 tony. Po około dwóch minutach powoli zmniejsz ciśnienie i wyjmij butle z prasy. Jeśli osad nie jest uformowany, powtórz procedurę, stosując wyższy nacisk.</li>
		<li>Za pomocą skalpela lub ostrza wytnij kawałek granulki o wymiarach około 10 mm x 10 mm. Zmierz powierzchnię geometryczną i wagę granulki. 
		UWAGA: Niektóre proszki są odporne na tabletkowanie. Jeśli osad jest w kawałkach, jako nośnik można użyć siatki wolframowej20. W innych przypadkach stężenie miejsc adsorpcji jest bardzo wysokie, a pasma IR zaadsorbowanych gatunków są zbyt intensywne, aby można je było dokładnie zmierzyć. Rozwiązaniem jest przygotowanie osadu zawierającego mniejszą ilość substancji. Aby to osiągnąć, substancja jest dyspersowana na wstępnie przygotowanej płytce, która jest przezroczysta w wymaganych obszarach IR. Materiałem wafla może być silicon21 lub KBr22. Poniżej znajduje się opis tej techniki wytwarzania granulatu z próbką rozprowadzoną na płytce KBr.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wytwarzanie peletów wspieranych przez KBr
	<ol>
		<li>Przygotować osad KBr techniką konwencjonalną. Po naciśnięciu pociągnij tłok z zestawu matryc i równomiernie rozprowadź żądaną ilość proszku próbki na granulce KBr, a następnie włóż tłok z powrotem. Wyciśnij pelety za pomocą prasy hydraulicznej. 
		UWAGA: Wstępna kontrola przydatności granulatu do badań w podczerwieni odbywa się poprzez analizę jego widma IR.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Wstępna obróbka próbki
<ol>
	<li>Pozycjonowanie peletu
	<ol>
		<li>Umieścić osad w uchwycie na próbkę. Umieść uchwyt próbki w celi IR i przenieś próbkę na środek strefy pieca.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Podłączenie do aparatu próżniowego/adsorpcyjnego
	<ol>
		<li>Podłączyć ogniwo do aparatu próżniowego/adsorpcyjnego, umieszczając między nimi zbiornik o znanej objętości, w tym przypadku około 0,5 ml. Opróżnij system.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Aktywacja próbki w temperaturze 573 K
	<ol>
		<li>Ustaw temperaturę aktywacji na 573 K (zalecana szybkość ogrzewania 2-5 K min-1). Następnie opróżnij próbkę w tej temperaturze przez 1 h. 
		UWAGA: Próbka jest podgrzewana przez zewnętrzny piec. Temperatura ogrzewania musi być skalibrowana dla każdej komórki IR.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Aktywacja próbki w RT
	<ol>
		<li>Aby uzyskać próbkę aktywowaną w temperaturze pokojowej, wystarczy ją opróżnić na 1 godzinę bez podgrzewania. 
		UWAGA: Aktywacja ma na celu uzyskanie czystej powierzchni. Kontrola stanu powierzchni odbywa się poprzez analizę widm IR. Jeśli zabieg nie zapewnił czystej powierzchni, konieczne jest powtórzenie aktywacji, być może w wyższej temperaturze lub przez dłuższy czas.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Rejestracja widma próbki
<ol>
	<li>Rejestrowanie widma tła
	<ol>
		<li>Za pomocą magnesu wysuń pellet na zewnątrz piekarnika i odczekaj 10 minut, aby osiągnąć temperaturę pokojową (lub otoczenia). W tym czasie zarejestruj widmo tła.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rejestracja widma próbki
	<ol>
		<li>Przesuń granulkę na ścieżkę wiązki podczerwieni i zarejestruj widmo próbki (<silna klasa="xfig">Rysunek 3). 
		UWAGA: Widmo próbki jest używane jako tło podczas wykonywania badań adsorpcji. Dlatego uzyskanie dobrej jakości widma próbki jest bardzo ważne dla całych eksperymentów. Jeśli widmo jest złej jakości i głośne, przygotuj nowy, cieńszy granulek.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. Adsorpcja CD3CN w temperaturze pokojowej
<ol>
	<li>Sukcesywna adsorpcja małych dawek
	<ol>
		<li>Upewnij się, że próbka znajduje się na ścieżce wiązki podczerwieni. Wprowadzić do komórki małą dawkę, a mianowicie 0,5 μmol, adsorbatu, w tym przypadku deuterowanego acetonitrylu. Nagraj widmo podczerwieni. Następnie należy wprowadzić drugą (kolejną) dawkę adsorbatu i powtórzyć procedurę. Rób to, aż nie wystąpią już żadne zmiany w spektrum.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Stabilność zaadsorbowanych gatunków
	<ol>
		<li>Opróżnij widma zapisu próbki, aż nie wystąpią już żadne zmiany. Następnie przenieść próbkę do pieca o ustawionej temperaturze 323 K.</li>
		<li>Po 15 minutach ewakuacji w tej temperaturze umieść pellet na zewnątrz piekarnika i odczekaj 10 minut, aby osiągnąć temperaturę otoczenia. W tym czasie zarejestruj świeże widmo tła. Przesuń osad na ścieżkę wiązki podczerwieni i zarejestruj widmo próbki.</li>
		<li>Powtórzyć procedurę, zwiększając temperaturę pieca w krokach co 50 K, aż do uzyskania widma pokrywającego się z widmem początkowej próbki.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
6. Adsorpcja CO przy 100 K
<ol>
	<li>Chłodzenie próbki
	<ol>
		<li>Aby zapobiec głębokiemu wychłodzeniu okien komory podczas eksperymentów niskotemperaturowych, najpierw włącz system cyrkulacji wody. Następnie upewnij się, że próbka znajduje się na ścieżce wiązki podczerwieni. Napełnij zbiornik komórkowy ciekłym azotem i utrzymuj go pełnym przez cały czas trwania eksperymentu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rejestrowanie widm niskotemperaturowych
	<ol>
		<li>Po schłodzeniu próbki należy zapisać widmo. Następnie wprowadzić adsorbat, w tym konkretnym przypadku CO, na kolejnych małych dawkach, po 0,5 μmol każda. Rejestruj widmo po każdej dawce. Zakończ ten zestaw eksperymentów przy ciśnieniu równowagi CO wynoszącym 2 mbar.</li>
		<li>Następnie zacznij zmniejszać ciśnienie równowagi, najpierw przez rozcieńczanie, a następnie przez opróżnianie w niskiej temperaturze, ponownie rejestrując widma. Zaznacz ciśnienie w każdym spektrum.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rejestrowanie widm przy wzroście temperatury
	<ol>
		<li>Gdy nie zajdą już żadne zmiany, należy przerwać napełnianie zbiornika ciekłym azotem i rejestrować widma w próżni dynamicznej i przy rosnącej temperaturze. 
		UWAGA: Widmo próbki zarejestrowanej w niskiej temperaturze nieznacznie różni się od tego zarejestrowanego w temperaturze pokojowej. Powoduje to problemy z widmem próbki (używanym do odejmowania) w temperaturach pośrednich. Zwykle wahania temperatury nieznacznie zmieniają nachylenie widma, ale jeśli zmiany są poważne, należy rejestrować widma bez adsorbatu w różnych temperaturach i używać ich jako odpowiednich tła. Aby zapewnić stałą temperaturę podczas wszystkich eksperymentów niskotemperaturowych, przed wprowadzeniem cząsteczki sondy należy dodać do ogniwa ok. 1 mbar ciśnienia He.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
7. Leczenie widm
<ol>
	<li>Widma źródła ładowania
	<ol>
		<li>Załadować widmo zaadsorbowaną substancją (a), widmem próbki przed adsorpcją (b) i widmem adsorbatu w fazie gazowej (c) zarejestrowanym przy tym samym ciśnieniu/temperaturze co widmo (a).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>leczenie
	<ol>
		<li>Odejmij widmo (b) od widma (a). Od otrzymanego widma odejmij widmo (c) za pomocą odejmowania interaktywnego. Wynikowe widmo jest nałożeniem na siebie widma zaadsorbowanej substancji i zmian tła próbki, jak pokazano również na Rysunek 4. Na przykład tryby rozciągania zaadsorbowanego CO obserwuje się w obszarze od 2200 do 2100 cm-1, podczas gdy wywołane przez CO przesunięcie modów ν(OH) można monitorować w obszarach rozciągania hydroksylowego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Liczenie
	<ol>
		<li>Aby określić ilościowo ilość zaadsorbowanej ilości (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 5), oblicz całkową absorbancję wybranego pasma ze względu na zaadsorbowane gatunki. Wykreślić absorbancję w funkcji wprowadzonej ilości adsorbatu lub w funkcji jego ciśnienia równowagowego.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Ross, J. R. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRoss%2C+JRH+%22Heterogeneous+Catalysis%3A+Fundamentals+and+Applications%22">Heterogeneous Catalysis: Fundamentals and Applications</a>. , Elsevier. Amsterdam. (2012).</li>
<li>Busca, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBusca%2C+G+%22Heterogeneous+Catalytic+Materials%3A+Solid+State+Chemistry%2C+Surface+Chemistry%2C+Surface+Chemistry+and+Catalytic+Behaviour%22">Heterogeneous Catalytic Materials: Solid State Chemistry, Surface Chemistry, Surface Chemistry and Catalytic Behaviour</a>. , Elsevier. Amsterdam. (2014).</li>
<li>Davydov, A. A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDavydov%2C+AA+%22Molecular+Spectroscopy+of+Oxide+Catalyst+Surfaces%22">Molecular Spectroscopy of Oxide Catalyst Surfaces</a>. , John Wiley & Sons. Hoboken, NJ. (2003).</li>
<li>Hadjiivanov, K., Knözinger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+Vacant+Coordination+Sites+of+Cations+on+the+Surfaces+of+Oxides+and+Zeolites+using+Infrared+Spectroscopy+of+Adsorbed+Probe+Molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Surface+Science%22%5BJournal%5D)">Characterization of Vacant Coordination Sites of Cations on the Surfaces of Oxides and Zeolites using Infrared Spectroscopy of Adsorbed Probe Molecules.</a> Surface Science. 603 (10-12), 1629-1636 (2009).</li>
<li>Knözinger, H., Huber, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((IR+Spectroscopy+of+Small+and+Weakly+Interacting+Molecular+Probes+for+Acidic+and+Basic+Zeolites%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Chemical+Society%2C+Faraday+Transaction%22%5BJournal%5D)">IR Spectroscopy of Small and Weakly Interacting Molecular Probes for Acidic and Basic Zeolites.</a> Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 94 (15), 2047-2059 (1998).</li>
<li>Paukshtis, E. A., Yurchenko, E. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Study+of+the+Acid-Base+Properties+of+Heterogeneous+Catalysts+by+Infrared+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Russian+Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Study of the Acid-Base Properties of Heterogeneous Catalysts by Infrared Spectroscopy.</a> Russian Chemical Reviews. 52 (3), 242-258 (1983).</li>
<li>Kustov, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+Trends+in+IR-Spectroscopic+Characterization+of+Acid+and+Basic+Sites+in+Zeolites+and+Oxide+Catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Topics+in+Catalysis%22%5BJournal%5D)">New Trends in IR-Spectroscopic Characterization of Acid and Basic Sites in Zeolites and Oxide Catalysts.</a> Topics in Catalysis. 4 (1-2), 131-144 (1997).</li>
<li>Hadjiivanov, K. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+and+Characterization+of+Surface+Hydroxyl+Groups+by+Infrared+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Catalysis%22%5BJournal%5D)">Identification and Characterization of Surface Hydroxyl Groups by Infrared Spectroscopy.</a> Advances in Catalysis. 57, 99(2014).</li>
<li>Hadjiivanov, K. I., Vayssilov, G. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+Oxide+Surfaces+and+Zeolites+by+Carbon+Monoxide+as+an+IR+Probe+Molecule%5BTitle%5D)+AND+%22Advances+in+Catalysis%22%5BJournal%5D)">Characterization of Oxide Surfaces and Zeolites by Carbon Monoxide as an IR Probe Molecule.</a> Advances in Catalysis. 47, 305(2002).</li>
<li>Hadjiivanov, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+Neutral+and+Charged+NxOy+Surface+Species+by+IR+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Reviews+-+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Identification of Neutral and Charged NxOy Surface Species by IR Spectroscopy.</a> Catalysis Reviews - Science and Engineering. 42 (1-2), 71-144 (2000).</li>
<li>Lamberti, C., Zecchina, A., Groppo, E., Bordiga, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+the+Surfaces+of+Heterogeneous+Catalysts+by+In+Situ+IR+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Probing the Surfaces of Heterogeneous Catalysts by In Situ IR Spectroscopy.</a> Chemical Society Reviews. 39 (12), 4951-5001 (2010).</li>
<li>Meunier, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pitfalls+and+Benefits+of+In+situ+and+Operando+Diffuse+Reflectance+FT-IR+Spectroscopy+%28DRIFTS%29+Applied+to+Catalytic+Reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Reaction+Chemistry+%26+Engineering%22%5BJournal%5D)">Pitfalls and Benefits of In situ and Operando Diffuse Reflectance FT-IR Spectroscopy (DRIFTS) Applied to Catalytic Reactions.</a> Reaction Chemistry & Engineering. 1 (2), 134-141 (2016).</li>
<li>Ruggeri, M. P., Nova, I., Tronconi, E., Pihl, J. A., Toops, T. J., Partridge, W. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-Situ+DRIFTS+Measurements+for+the+Mechanistic+Study+of+NO+Oxidation+Over+a+Commercial+Cu-CHA+Catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+B%3A+Environmental%22%5BJournal%5D)">In-Situ DRIFTS Measurements for the Mechanistic Study of NO Oxidation Over a Commercial Cu-CHA Catalyst.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 166, 181-192 (2015).</li>
<li>Lentz, C., Jand, S. P., Melke, J., Roth, C., Kaghazchi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DRIFTS+Study+of+CO+Adsorption+on+Pt+Nanoparticles+Supported+by+DFT+Calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Catalysis+A%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">DRIFTS Study of CO Adsorption on Pt Nanoparticles Supported by DFT Calculations.</a> Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 426, 1-9 (2017).</li>
<li>Zhang, W., Liu, X., Dong, X., Dong, F., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+Synthesis+of+Bi12O17Br2+and+Bi4O5Br2+Nanosheets%3A+In+Situ+DRIFTS+Investigation+of+Photocatalytic+NO+Oxidation+Conversion+Pathway%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Journal+of+Catalysis%22%5BJournal%5D)">Facile Synthesis of Bi12O17Br2 and Bi4O5Br2 Nanosheets: In Situ DRIFTS Investigation of Photocatalytic NO Oxidation Conversion Pathway.</a> Chinese Journal of Catalysis. 38 (12), 2030-2038 (2017).</li>
<li>Hill, I. M., Hanspal, S., Young, Z. D., Davis, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DRIFTS+of+Probe+Molecules+Adsorbed+on+Magnesia%2C+Zirconia%2C+and+Hydroxyapatite+Catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">DRIFTS of Probe Molecules Adsorbed on Magnesia, Zirconia, and Hydroxyapatite Catalysts.</a> Journal of Physical Chemistry C. 119 (17), 9186-9197 (2015).</li>
<li>Aldana, P. A. U., Ocampo, F., Kobl, K., Louis, B., Thibault-Starzyk, F., Daturi, M., Bazin, P., Thomas, S., Roger, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+CO2+Valorization+into+CH4+on+Ni-Based+Ceria-Zirconia.+Reaction+Mechanism+by+Operando+IR+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Today%22%5BJournal%5D)">Catalytic CO2 Valorization into CH4 on Ni-Based Ceria-Zirconia. Reaction Mechanism by Operando IR Spectroscopy.</a> Catalysis Today. 215, 201-207 (2013).</li>
<li>Bañares, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Operando+Methodology%3A+Combination+of+In+Situ+Spectroscopy+and+Simultaneous+Activity+Measurements+Under+Catalytic+Reaction+Conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Today%22%5BJournal%5D)">Operando Methodology: Combination of In Situ Spectroscopy and Simultaneous Activity Measurements Under Catalytic Reaction Conditions.</a> Catalysis Today. 100 (1-2), 71-77 (2005).</li>
<li>Friebe, S., Mundstock, A., Volgmann, K., Caro, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+Better+Understanding+of+the+Surprisingly+High+Performance+of+Metal-Organic+Framework-Based+Mixed-Matrix+Membranes+Using+the+Example+of+UiO-66+and+Matrimid%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+Interfaces%22%5BJournal%5D)">On the Better Understanding of the Surprisingly High Performance of Metal-Organic Framework-Based Mixed-Matrix Membranes Using the Example of UiO-66 and Matrimid.</a> ACS Applied Materials Interfaces. 9 (47), 41553-41558 (2017).</li>
<li>Ballinger, Y. H., Wong, J. C. S., Yates, J. T. Jr <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transmission+Infrared+Spectroscopy+of+High+Area+Solid+Surfaces.+A+Useful+Method+for+Sample+Preparation%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Transmission Infrared Spectroscopy of High Area Solid Surfaces. A Useful Method for Sample Preparation.</a> Langmuir. 8 (6), 1676-1678 (1992).</li>
<li>Vimont, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+of+CO2+Molecule+Acting+as+an+Electron+Acceptor+on+a+Nanoporous+Metal-Organic-Framework+MIL-53+or+Cr3%2B%28OH%29%28O2C-C6H4-CO2%29%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Evidence of CO2 Molecule Acting as an Electron Acceptor on a Nanoporous Metal-Organic-Framework MIL-53 or Cr3+(OH)(O2C-C6H4-CO2).</a> Chemical Communications. 43 (31), 3291-3293 (2007).</li>
<li>Mihaylov, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorption+Forms+of+CO2+on+MIL-53%28Al%29+and+NH2-MIL-53%28Al%29+as+Revealed+by+FTIR+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Adsorption Forms of CO2 on MIL-53(Al) and NH2-MIL-53(Al) as Revealed by FTIR Spectroscopy.</a> Journal of Physical Chemistry C. 120 (41), 23584-23595 (2016).</li>
<li>Chakarova, K., Strauss, I., Mihaylov, M., Drenchev, N., Hadjiivanov, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evolution+of+Acid+and+Basic+Sites+in+UiO-66+and+UiO-66-NH2+Metal-Organic+Frameworks%3A+FTIR+Study+by+Probe+Molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">Evolution of Acid and Basic Sites in UiO-66 and UiO-66-NH2 Metal-Organic Frameworks: FTIR Study by Probe Molecules.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 281, 110-122 (2019).</li>
<li>Delgado, M. R., Bulánek, R., Chlubná, P., Arean, C. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Br%C3%B8nsted+Acidity+of+H-MCM-22+as+Probed+by+Variable-Temperature+Infrared+Spectroscopy+of+Adsorbed+CO+and+N2%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Today%22%5BJournal%5D)">Brønsted Acidity of H-MCM-22 as Probed by Variable-Temperature Infrared Spectroscopy of Adsorbed CO and N2.</a> Catalysis Today. 227, 45-49 (2014).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Początkowy etap, przygotowanie osadu próbki, ma kluczowe znaczenie dla całego eksperymentu. Jeśli granulka jest gruba, widma są hałaśliwe, co utrudnia ich analizę. Należy zwrócić uwagę podczas używania pelletu, który nie jest samonośny. W takim przypadku należy zachować szczególną ostrożność w celu zapewnienia, że nie dojdzie do interakcji między płytką nośną a próbką lub adsorbatami. Kolejnym krytycznym etapem procedury jest odpowiednia aktywacja próbki. Warunki aktywacji zależą od rodzaju próbki i celów eksperymentów. Na przykład utleniająca obróbka wstępna może zniszczyć niektóre próbki, ponieważ struktury metaloorganiczne i kowalencyjno-organiczne mogą utleniać metale nośne. Wysoka temperatura aktywacji może prowadzić do spiekania próbki lub zapadania się struktury. Z tego punktu widzenia w niektórych przypadkach stosuje się usuwanie obcych gatunków poprzez obróbkę chemiczną przed wytworzeniem granulatu.
Deuterowany acetonitryl (CD3CN) i CO są cząsteczkami sondującymi szeroko stosowanymi do pomiaru kwasowości powierzchniowej 8,9. CD3CN jest związany z miejscami kwasowymi (zarówno Lewisa, jak i Brønsteda) poprzez atom azotu8. Po koordynacji do kationu metalu, mody C-N (2263 cm-1 w fazie gazowej) przechodzą na wyższe częstotliwości (do 2335 cm-1), a przesunięcie wzrasta wraz z kwasowością miejsc Lewisa. CD3CN jest związany z grupami hydroksylowymi za pomocą wiązania H, a tryby CN są zwykle obserwowane w obszarze 2300-2270 cm-1: im wyższa częstotliwość, tym silniejsze wiązanie H. W tym przypadku mody ν(OH) są przesunięte ku czerwieni, a wartość przesunięcia jest ilościową miarą kwasowości hydroksyli. Tlenek węgla jest skoordynowany z powierzchniowymi miejscami metalu lub kationów, a częstotliwość ν(CO) jest bardzo wrażliwa na stopień utlenienia i koordynacji centrum9. W przypadku kationów metali d0 częstotliwość ν(CO) jest przesunięta na niebiesko w stosunku do częstotliwości fazy gazowej (2143 cm-1), a wartość przesunięcia jest proporcjonalna do kwasowości kationów. Po związaniu z grupami hydroksylowymi za pomocą wiązania H, CO powoduje przesunięcie ku czerwieni modów ν(OH), a wartość Δν(OH) jest używana jako miara kwasowości hydroksylu.
Bardzo ważną kwestią jest prawidłowe funkcjonowanie układu rozdzielacza próżniowo-gazowego. Przedostanie się powietrza do układu może prowadzić do gromadzenia się wody na próbce i częściowego lub nawet całkowitego zablokowania miejsc adsorpcji. Przy zmniejszonej liczbie próbek może dojść do ponownego utlenienia. Bardzo ważna jest również czystość adsorbatów. Czasami ślady zanieczyszczeń mogą mieć wpływ na wyniki. Na przykład adsorpcja wodoru jest zwykle słaba, a wysokie ciśnienie równowagiH2 jest stosowane nawet w niskiej temperaturze. Nawet poziomy ppm zanieczyszczeń N2 mogą silnie wpływać na widma, ponieważ zwykle N2 jest silniej związany z tymi samymi miejscami, w których wodór jest adsorbowany. Podczas wykonywania eksperymentów w niskich temperaturach pewna ilość wody może skraplać się na zewnętrznej powierzchni okien optycznych. Może to utrudnić lub zniekształcić analizę w obszarze rozciągania OH, dostarczając informacji na temat kwasowości grup hydroksylowych. Jeśli z jakiegoś powodu nie można było rozwiązać problemu technicznego, można kontynuować eksperyment z użyciem próbek deuterowanych, opierając się na fakcie, że obszar OD leży daleko od obszaru OH. Deuteracja może być również stosowana w przypadkach, gdy próbka jest nieprzezroczysta w obszarze OH. W celu uzyskania charakterystyki energetycznej adsorpcji (entropii, entalpii) należy przeprowadzić eksperymenty ze zmienną temperaturą, w których niezbędny jest dokładny pomiar temperatury próbki24.
Ilość adsorbatu gazowego wprowadzonego przez jedną dawkę można regulować za pomocą jego ciśnienia i znajomości objętości zbiornika. Aby obliczyć gęstość adsorbatu, należy znać masę osadu i powierzchnię właściwą materiału. Kolejna adsorpcja znanych dawek adsorbatu pozwala na ilościowe określenie adsorpcji. Typowy wykres absorpcji w stosunku do ilości zaadsorbowanej pokazano na rysunku 4. Pozwala na obliczenie współczynnika ekstynkcji i liczby miejsc adsorpcji ze znajomością masy próbki. Jednak wykonaniu dozowanej adsorpcji często towarzyszy tzw. efekt ściany. Krótko mówiąc, adsorbat nie jest równomiernie rozprowadzany na powierzchni próbki, ale najpierw nasyca cząstki z geometrycznej powierzchni osadu. Dlatego widma z eksperymentów desorpcyjnych są bardziej reprezentatywne dla stanów równowagi.
Siostrzaną techniką transmisyjnej spektroskopii IR in situ jest spektroskopia odbicia dyfuzyjnego (DRIFTS). Chociaż dostarcza zasadniczo tych samych informacji, DRIFTS nie jest tak wygodny dla badań ilościowych. Ponadto DRIFTS jest zwykle wykonywany w przepływie gazu. Może to być zaletą, ponieważ eksperymenty wykonywane są w warunkach zbliżonych do rzeczywistych, ale niesie ze sobą również ryzyko gromadzenia się zanieczyszczeń na powierzchni próbki. Spektroskopia transmisyjna w podczerwieni może być również wykonywana w warunkach rzeczywistych (np. spektroskopia operando).
Podsumowując, spektroskopia in situ w podczerwieni dostarcza cennych informacji na temat różnych powierzchni oraz charakteru i właściwości miejsc adsorpcji. Może również ujawnić sposób oddziaływania między ciałem stałym a poszczególnymi gazami. Jednak technika ta często nie jest w stanie dostarczyć jednoznacznych informacji na temat niektórych ważnych cech, takich jak struktura bryły, lokalizacja niektórych miejsc itp. Dlatego zaleca się łączenie z innymi technikami.

Adsorpcja i kataliza heterogeniczna to procesy, które są ważne dla szerokiego zakresu zastosowań przemysłowych1,2. Procesy te zachodzą na powierzchniach stałych, dlatego szczegółowa charakterystyka tych powierzchni ma decydujące znaczenie dla zrozumienia procesów i racjonalnego projektowania nowych efektywnych materiałów. Aby zapewnić wysoką wydajność, adsorbenty i katalizatory mają zwykle dużą powierzchnię właściwą i są zwykle stosowane w postaci granulowanych proszków. Charakterystyka tych materiałów jest podstawowym celem badawczym, który można osiągnąć przy użyciu różnych technik analitycznych.
Bez wątpienia spektroskopia w podczerwieni in situ jest jedną z najczęściej stosowanych metod badania związków powierzchniowych2,3,4,5,6,7,8,9,10,11. Obszar widmowy podczerwieni odpowiada drganiom między atomami, które zależą od symetrii cząsteczek, siły wiązań, masy atomów i innych stałych molekularnych. Dlatego widma w podczerwieni zawierają bogate informacje o strukturze i symetrii zaadsorbowanych cząsteczek oraz o oddziaływaniach adsorbent-adsorbat i adsorbat-adsorbat. Badając adsorpcję odpowiednio dobranych związków (tzw. cząsteczek sondujących), możliwe jest uzyskanie bogatych informacji na temat struktury i składu chemicznego powierzchni, charakteru, kwasowości lub zasadowości miejsc aktywnych, stopnia utlenienia i koordynacji kationów położonych powierzchniowo, kwasowości grup hydroksylowych itp.3,4,5,6,7,8,9,10,11. Za pomocą spektroskopii w podczerwieni można zidentyfikować szlaki przemian chemicznych cząsteczek na powierzchni oraz różnorodność produktów pośrednich reakcji, co jest warunkiem wstępnym wyjaśnienia mechanizmów reakcji katalitycznych. Najczęściej używany jest tryb transmisji IR, ale wykorzystuje się również spektroskopię IR in situ z odbiciem rozproszonym i odbiciem, która, choć oparta na innym protokole eksperymentalnym, daje bardzo podobne informacje12,13,14,15,16. Zazwyczaj spektroskopia w podczerwieni jest łączona z innymi technikami uzupełniającymi, które pozwalają na uzyskanie głębszych informacji.
Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwa powody, dla których warto badać związki powierzchniowe. Po pierwsze, adsorpcja sond molekularnych służy do scharakteryzowania powierzchni danego materiału. Po drugie, poszukuje się informacji o konkretnym procesie obejmującym adsorpcję. W ten sposób najczęściej bada się mechanizmy reakcji katalitycznych. Należy zauważyć, że te dwa przypadki nie są ściśle rozróżnialne, a w badaniu konkretnego procesu adsorpcji można uzyskać informacje zarówno na temat powierzchni adsorbentu, jak i mechanizmu reakcji katalitycznej.
Wykrywanie widmowe gatunków powierzchniowych wymaga, aby miały one wystarczająco wysoką koncentrację na ścieżce wiązki podczerwieni. Optymalne stężenie zaadsorbowanych związków można osiągnąć poprzez zastosowanie samonośnego osadu próbki zawierającego około 2-10 mg cm-2 substancji. Grubsze granulki są praktycznie nieprzezroczyste dla wiązki podczerwieni, podczas gdy wytwarzanie i używanie cieńszych tabletek wiąże się z trudnościami technicznymi.
Granulki do badań IR są przygotowywane przez ściskanie proszku między optycznie gładkimi matrycami wstępnie zmielonej próbki. Zazwyczaj charakteryzują się wysoką przezroczystością w zakresie IR i mają dobre właściwości mechaniczne.
W niektórych przypadkach nie jest możliwe przygotowanie granulki, która jest wystarczająco cienka (przezroczysta); następnie stosuje się nośnik: metalową siatkę, krzem lub płytkę KBr. Podczas korzystania z KBr należy zachować ostrożność, ponieważ może on łatwo zostać utleniony przez próbkę (jeśli ma właściwości utleniające) lub przez niektóre adsorbaty (np. NO2)10.
Normalnie, zanieczyszczenia organiczne, zaadsorbowana woda, węglany, itd. są obecne na powierzchni przygotowanych adsorbentów i katalizatorów. Dlatego powierzchnię należy oczyścić przed pomiarami. Osiąga się to poprzez aktywację, która zwykle składa się z dwóch etapów: (i) obróbki termooksydacyjnej (mającej na celu utlenienie zanieczyszczeń organicznych) oraz (ii) obróbki termopróżniowej (ukierunkowanej głównie na usunięcie zaadsorbowanej wody i zanieczyszczeń, takich jak wodorowęglany, węglany, azotany itp.). Zazwyczaj temperatury aktywacji wahają się od 573 do 773 K. W niektórych szczególnych przypadkach aktywacja może być przeprowadzona nawet w temperaturze pokojowej. W przypadku niektórych określonych materiałów (metale podparte, struktury metaloorganiczne) obróbka termooksydacyjna jest pomijana, ponieważ może mieć wpływ na próbkę.
Z reguły, aktywacja próbki odbywa się in situ w specjalnie wykonanych komórkach próżniowych. W różnych laboratoriach stosuje się ogniwa o różnej konstrukcji i wykonane z różnych materiałów (metal, szkło, kwarc), ale o wielu wspólnych cechach. Przykład prostej szklanej celi IR pokazano na rysunku 1. Osad z próbką umieszcza się w mobilnym uchwycie, który ma dwie podstawowe pozycje. W pierwszej pozycji uchwyt mocuje granulkę prostopadle do wiązki podczerwieni. W tej części ogniwo jest wyposażone w okienka od materiału przezroczystego do promieniowania podczerwonego (zwykle KBr lub CaF2). W drugiej pozycji uchwyt zabezpiecza próbkę w strefie grzewczej. W tej strefie w komórce znajduje się piec zewnętrzny. Przemieszczanie się granulatu z miejsca na miejsce odbywa się za pomocą magnesu lub metalowego łańcuszka (w przypadku konstrukcji pionowych). Ogniwa zapewniają również możliwość zamocowania granulatu w pozycji pośredniej zarówno na zewnątrz pieca, jak i obszaru wiązki podczerwieni, co pozwala na łatwą rejestrację widma tła przy jednoczesnym schładzaniu próbki do temperatury pokojowej. W naszym laboratorium wykorzystujemy komórki poziome. Taka konstrukcja zapobiega przypadkowemu zwolnieniu uchwytu próbki, co może spowodować pęknięcie próbki, a nawet celi.
W wielu przypadkach konieczne jest przeprowadzenie adsorpcji w niskiej temperaturze. W tym celu stosuje się ogniwa niskotemperaturowe, w których objętość wokół próbki, znajdująca się na drodze wiązki podczerwieni, jest chłodzona ciekłym azotem (rysunek 2). W celu ochrony okien komór przed kondensacją wody z powietrza, pomiędzy nimi a strefą chłodzenia stosuje się bufor termiczny (np. przed stale krążącą wodą). W niektórych innych przypadkach adsorpcja powinna być przeprowadzana w wysokich temperaturach, przy użyciu specjalnie wykonanych ogniw IR. Ogniwa IR są zawsze bezpośrednio podłączone do systemu kolektora próżniowego/gazowego, co pozwala na przeprowadzanie eksperymentów adsorpcyjnych in situ.
Jednym z głównych niedociągnięć spektroskopii transmisyjnej w podczerwieni w badaniu gatunków powierzchniowych jest istnienie obszarów widmowych, w których, ze względu na ich własną absorbancję, próbki są nieprzezroczyste. Gdy mody drgania zaadsorbowanych związków wpadają w te obszary, nie można ich zarejestrować.
Widmo IR próbki samo w sobie dostarcza pewnych bezpośrednich informacji o materiale. W najkorzystniejszych przypadkach można wyciągnąć ogólne wnioski dotyczące powierzchniowych grup hydroksylowych i niektórych stabilnych gatunków powierzchniowych, takich jak siarczany, grupy okso, fazy obce itp. Jednak widmo IR próbki jest "ślepe" w odniesieniu do obecności koordynacyjnie nienasyconych jonów i daje niewiele informacji na temat kwasowości powierzchniowych grup hydroksylowych, przy czym oba te gatunki odgrywają decydującą rolę w adsorpcji i właściwościach katalitycznych materiałów. Ponadto nie można dokonać rozróżnienia między gatunkami masowymi a gatunkami powierzchniowymi. Problemy te są rozwiązywane przez zastosowanie cząsteczek sondowych. Są to substancje, które oddziałują specyficznie z powierzchnią; Zmiana ich cech widmowych w wyniku adsorpcji dostarcza pośrednich informacji o charakterze, właściwościach, lokalizacji, stężeniu itp. miejsc na powierzchni. Cząsteczki sondy są podzielone na kilka grup, np. w celu określenia kwasowości lub zasadowości powierzchniowej, ustalenia stopnia utlenienia koordynacyjnie nienasyconych kationów i liczby ich wolnych miejsc koordynacyjnych, uzyskania informacji o dostępności i lokalizacji miejsc na powierzchni itp. Istnieje kilka podstawowych wymagań dotyczących cząsteczek sondy7,8: (i) grupa funkcyjna lub atom, z którym cząsteczka wiąże się z powierzchnią, powinna być dobrze znana, (ii) cząsteczka powinna mieć wyraźny charakter kwasowy lub zasadowy, (iii) cząsteczka powinna wiązać się z tym samym typem miejsc adsorpcji, a uformowane gatunki powierzchniowe powinny mieć tę samą strukturę; (iv) kompleksy adsorpcyjne powinny być wystarczająco stabilne, (v) cząsteczka powinna posiadać parametry spektralne (częstotliwość, podział widma, przesunięcie widmowe) wystarczająco czułe na właściwości powierzchniowe, które mają być określone; (vi) w przypadku gdy cząsteczki są adsorbowane w więcej niż jednym typie miejsc, konieczne jest, aby różne kompleksy adsorpcyjne można było wiarygodnie rozróżnić na podstawie ich charakterystyki widmowej; (vii) informacyjne parametry spektralne powinny mieścić się w obszarze, w którym próbka jest przezroczysta; (viii) pasma absorpcyjne kompleksów powierzchniowych powinny charakteryzować się wystarczająco wysoką intensywnością, oraz (ix) cząsteczka nie powinna chemicznie modyfikować powierzchni. Nie ma praktycznie żadnego związku, który mógłby spełnić wszystkie powyższe wymagania. Dlatego przed badaniem konieczny jest staranny dobór odpowiedniej cząsteczki sondy.
Innym zastosowaniem spektroskopii IR jest badanie interakcji między substratem a jednym lub kilkoma adsorbatami o znaczeniu praktycznym. W takich przypadkach stosuje się różne sztuczki, takie jak koadsorpcja z cząsteczkami sondy (w celu ustalenia charakteru miejsc adsorpcji), pełne lub częściowe podstawienia izotopowe (w celu określenia struktury gatunków powierzchniowych), interakcja z różnymi odczynnikami (w celu ustalenia reaktywności gatunków), eksperymenty ze zmienną temperaturą (w celu obliczenia entropii i entalpii adsorpcji), itd.
Na koniec, spektroskopia IR jest używana do badań mechanistycznych. W ten sposób stosuje się spektroskopię operando (spektroskopię w rzeczywistych warunkach reakcji)12,17,18. Jednak wcześniej należy uzyskać solidną bazę wiedzy w drodze eksperymentów in situ.
W tym artykule opisujemy protokół, którego używamy do charakteryzowania różnych materiałów w podczerwieni i ilustrujemy moc tej techniki, demonstrując adsorpcję CO2 wzmocnioną wodą na materiale o strukturze metaloorganicznej (UiO-66). Do eksperymentów wykorzystano spektrometr FTIR Nicolet 6700. Widma zarejestrowano gromadząc 64 skany w rozdzielczości spektralnej 2 cm-1.

<table><tbody><tr><td>Acetonitryl-D3</td><td>Uvasol, Merck</td><td>1.13753.0009</td><td>99,69% stopień deuteracji (do spektroskopii NMR)</td></tr><tr><td>Kwas benzoesowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>242381-500G</td><td>C7H6O &ge; 99,5%</td></tr><tr><td>Dwutlenek węgla</td><td>Linde Gaz Magyarorszad</td><td>GA 473</td><td>99,9993% czystości</td></tr><tr><td>Tlenek węgla</td><td>Merck-Schuchardt</td><td>823271</td><td>Czystość 99,5%</td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Carl Roth</td><td>9065.1</td><td>99,8%</td></tr><tr><td>Szklany uchwyt</td><td></td><td></td> na próbkę <td>Samodzielnie wykonana</td></tr><tr><td>przepompownia HiCube80 Eco Turbo, w tym pompa HiPace 80 Turbo, membranowa pompa próżniowa MVP 015 i DCU 002 Jednostka sterująca</td><td>Pfeiffer Vacuum</td><td>PM S74 150 00</td><td></td></tr><tr><td>Poziome szklane ogniwa IR do badań</td><td></td><td></td> adsorpcji <td>Metanol własnej produkcji</td></tr><tr><td></td><td>Carl Roth</td><td>4627.5</td><td>&ge; 99,9%</td></tr> <tr><td>N,N-dimetyloformamid</td><td>Sigma Aldrich</td><td>33120-2,5L-M</td><td>99,8%</td></tr> <tr><td>Spektrometr FTIR Nicolet 6700</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>USA</td></tr><tr><td>Specac Atlas Ręczna prasa hydrauliczna 15T</td><td>Specac</td><td>GS 15011</td><td></td></tr><tr><td>Kwas tereftalowy</td><td>Sigma Aldrich</td><td>185361-100G</td><td>98%</td></tr><tr><td>UIO-66</td><td></td><td></td><td>Zsyntetyzowany w Instytucie Chemii Fizycznej i Elektrochemii Uniwersytetu Leibniza; t Hannover, Niemcy</td></tr><tr><td>Zawór próżniowy</td><td>Ellipse Labo</td><td>248.904</td><td>90&deg; gałęzie, &Oslash; 0-4 mm</td></tr><tr><td>Zawór próżniowy</td><td>Ellipse Labo</td><td>248.910</td><td>90&deg; gałęzie, &Oslash; 0-10 mm</td></tr><tr><td>Chlorek cyrkonu(IV)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>357405-10G</td><td>Bezwodny, 98%</td></tr></tbody></table>

in situ spektroskopia ftir jako narzędzie do badania oddziaływań gaz/ciało stałe: adsorpcja co2 wzmocniona wodą w strukturze metaloorganicznej uio-66

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

Spektroskopia w podczerwieni in situ jest tanim, bardzo czułym i selektywnym cennym narzędziem do badania interakcji polikrystalicznych ciał stałych z adsorbatami. Widma oscylacyjne dostarczają informacji o chemicznym charakterze zaadsorbowanych gatunków i ich strukturze. W związku z tym są one bardzo przydatne do uzyskania zrozumienia gatunków na powierzchni na poziomie molekularnym. Widmo IR samej próbki daje pewne bezpośrednie informacje o materiale. Można wyciągnąć ogólne wnioski dotyczące grup hydroksylowych, niektórych stabilnych gatunków powierzchniowych i zanieczyszczeń. Jednak widmo próbki jest "ślepe" ze względu na obecność jonów nienasyconych koordynacyjnie i daje raczej ubogie informacje o kwasowości hydroksylów powierzchniowych, gatunków decydujących o właściwościach adsorpcyjnych i katalitycznych materiałów. Ponadto nie można dokonać rozróżnienia między gatunkami masowymi a gatunkami powierzchniowymi. Problemy te są rozwiązywane przez zastosowanie cząsteczek sondy, substancji, które oddziałują specyficznie z powierzchnią; Zmiana niektórych cech spektralnych tych cząsteczek w wyniku adsorpcji dostarcza cennych informacji o charakterze, właściwościach, lokalizacji, stężeniu itp. miejsc na powierzchni.
Eksperymentalny protokół badań in situ IR interakcji gaz/próbka obejmuje przygotowanie granulki próbki, aktywację materiału, wstępną charakterystykę spektralną poprzez analizę widm tła, charakterystykę za pomocą cząsteczek sondy oraz badanie interakcji z określonym zestawem mieszanin gazów. W niniejszej pracy badamy metaliczny szkielet organiczny tereftalanu cyrkonu, Zr6O4(OH)4(BDC)6 (BDC = benzeno-1,4-dikarboksylan), a mianowicie UiO-66 (UiO odnosi się do Uniwersytetu w Oslo). Miejsca kwasowe próbki UiO-66 określa się za pomocą CO i CD3CN jako sond molekularnych. Ponadto wykazaliśmy, że CO2 jest adsorbowany w miejscach zasadowych narażonych na zdehydroksylowany UiO-66. Wprowadzenie wody do układu powoduje powstawanie grup hydroksylowych działających jako dodatkowe miejsca adsorpcji CO2 . W rezultacie zdolność adsorpcji CO2 próbki jest znacznie zwiększona.

W niniejszej pracy przedstawiamy wyniki dotyczące zwiększenia pojemności adsorpcyjnej CO2 szkieletu metalo-organicznego UiO-66 pod wpływem wody. Szczegółowa charakterystyka próbek, obejmująca potwierdzenie struktury, została opisana w innym opracowaniu23.
Aktywację UiO-66 przeprowadzono poprzez ewakuację w wybranej temperaturze, aby uniknąć wpływu obróbki oksydacyjnej na łączniki organiczne MOF. Widmo IR UiO-66 zarejestrowane po ewakuacji w temperaturze otoczenia (Rysunek 3) zawiera pasma pochodzące od łącznika, pozostałości dimetyloformamidu (1667 i 1096 cm-1), kwasu tereftalowego i estrów (1732 i 1704 cm-1) oraz izolowanych (3673 cm-1) i powiązanych wiązaniami wodorowymi (3500-3000 cm-1) strukturalnych grup OH. Ewakuacja w temperaturze 573 K prowadzi do niemal całkowitego zaniku pozostałości oraz grup hydroksylowych strukturalnych, co oznacza, że po tej obróbce wstępnej próbka jest praktycznie czysta i odhydroksylowana.
Próbki odgazowane w temperaturze pokojowej oraz w 573 K zostały scharakteryzowane za pomocą cząsteczek sond (CD3CN i CO). Adsorpcja CD3CN – cząsteczki sondy służącej do oceny kwasowości – na świeżo odgazowanej próbce ujawnia obecność kwasowych centrów Brønsteda (grup hydroksylowych) poprzez pasma drgań rozciągających C-N przy 2276 i 2270 cm-1. Jednocześnie pasmo OH jest przesunięte w stronę liczb falowych niższych o 170 i 250 cm-1, co wskazuje na słabą kwasowość Brønsteda. W przypadku próbki aktywowanej w 573 K pasma wskazujące na kwasowość Brønsteda są praktycznie nieobecne, co jest zgodne z zaobserwowaną dehydroksylacją próbki. Jednakże obecne jest pasmo przy 2299 cm-1, wynikające z adsorpcji CD3CN na kwasowych centrach Lewisa Zr4+ (Rysunek 6). Więcej szczegółów opisano w innym opracowaniu23.
Adsorpcja CO w niskiej temperaturze na próbce odpompowanej w temperaturze otoczenia (Rysunek 4) wykazała obecność CO spolaryzowanego przez grupy OH poprzez pasmo przy 2153 cm-1 (niestabilne pasma przy 2136 i 2132 cm-1 są związane z fizycznie zaadsorbowanym CO). Jednocześnie pierwotne pasmo OH uległo przesunięciu w stronę niższych częstotliwości z 3676 do 3599 cm-1, tj. o 77 cm-1, co potwierdza słabą kwasowość grup hydroksylowych. W przypadku próbki odpompowanej w temperaturze 573 K wykryto bardzo słabe pasmo wynikające z polaryzacji CO przez grupy hydroksylowe przy 2154 cm-1, co ponownie potwierdziło niskie stężenie grup hydroksylowych w próbce. Co istotne, nie wykryto CO skoordynowanego z centrami Zr4+. Obserwacja ta pokazuje, że centra kwasowe Lewisa mogą być monitorowane jedynie za pomocą stosunkowo silnych zasad, takich jak CD3CN, prawdopodobnie poprzez reorganizację strukturalną w otoczeniu Zr4+.
Dwutlenek węgla (50 mbar) wprowadzono w kontakt z próbką odpompowaną w temperaturze 573 K. Adsorpcję CO2 monitorowano za pomocą antysymetrycznych modów rozciągających przy 2336 cm-1 (Rysunek 7). Odnotowano również inny słaby satelita przy 2325 cm-1, który przypisano do tzw. „gorącego” pasma kombinacyjnego CO222. Następnie do układu wprowadzono wodę (ciśnienie parcjalne ok. 1 mbar), co doprowadziło do stopniowego rozwoju wysokoczęstotliwościowego barku przy 2340 cm-1, który ostatecznie zdominował widmo w tym obszarze. Jednocześnie pojawiły się pasma odpowiadające izolowanym grupom hydroksylowym (3673 cm-1) oraz strukturalnym grupom hydroksylowym tworzącym wiązania wodorowe (addukty µ3-OH-OCO przy 3647 cm-1 i kompleksy µ3-OH-OH2 przy 3300 cm-1). Należy zauważyć, że nie stwierdzono zaniku początkowego pasma przy 2336 cm-1, co wskazuje, że podobnie jak CO, CO2 nie jest w stanie tworzyć kompleksów z centrami Zr4+ na próbce aktywowanej w 573 K.
Podsumowując, wyniki pokazują, że para wodna hydroksyluje próbkę, tworząc strukturalne grupy hydroksylowe, które pełnią funkcję miejsc adsorpcji CO2. Obserwacja ta jest istotna, ponieważ (i) dowodzi, że adsorpcja CO2 może zostać wzmocniona w wilgotnej atmosferze oraz (ii) ujawnia mechanizm tego zjawiska.
<img alt="Schemat aparatury do adsorpcji próżniowej z drogą wiązki IR; układ analizy spektroskopowej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60285/60285fig1.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Prosta pozioma szklana celę IR do badań adsorpcji. (A) Zdjęcie celi. (B) Schemat celi. Tabletka z próbką jest umieszczana w uchwycie, który można przesuwać wzdłuż celi za pomocą ferrytowego magnesu blokowego (60 mm x 30 mm x 10 mm, namagnesowanie Y35). Pozycja (1) znajduje się w piecu do próbek i umożliwia obróbkę termiczną. Pozycja (2) jest pośrednia i pozwala na temperowanie próbki oraz rejestrację tła bezpośrednio przed zapisem widma próbki. W pozycji (3) próbka jest utwierdzona prostopadle do wiązki IR w celu wykonania pomiaru widma. Aby zapewnić transmisję wiązki IR, cela jest wyposażona w okna transparentne dla promieniowania IR. Cela może być podłączona do urządzenia do próżniowania/adsorpcji. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60285/60285fig1large.jpg" target="_blank">Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Układ kriostatu z ciekłym azotem; obejmuje schemat i rzeczywiste zdjęcie dla badań spektroskopowych w niskich temperaturach." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60285/60285fig2.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Schemat niskotemperaturowej celi IR. Gdy próbka jest zamocowana w pozycji na drodze wiązki IR, jest ona otoczona naczyniem Dewarowskim, które można wypełnić ciekłym azotem. Pomiędzy naczyniem Dewarowskim a oknami celi znajduje się układ cyrkulacji wody, mający na celu utrzymanie temperatury okna na poziomie wystarczająco wysokim (aby zapobiec kondensacji par wody). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60285/60285fig2large.jpg" target="_blank">Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.</a>
<img alt="Wykres widma FTIR; piki ν(OH), ν(CH); próżnia przy 293 K i 573 K; analiza pozostałości organicznych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60285/60285fig3.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Widma FTIR UiO-66. Próbka poddana próżni w temperaturze pokojowej (a) oraz w 573 K (b). Pasma przy 1732, 1704 i 1667 cm-1 wynikają z obecności pozostałości organicznych i zostają usunięte poprzez poddanie próżni w 573 K. Pasmo przy 3350 cm-1 charakteryzuje grupy OH tworzące wiązania wodorowe z pozostałościami organicznymi. Pasmo przy 3673 cm-1 pochodzi od strukturalnych grup µ3-OH i praktycznie znika po poddaniu próżni w 573 K, co wskazuje na dehydroksylację próbki. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60285/60285fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres widma FTIR; analiza adsorpcji CO, 293 K vs. 573 K, absorbancja vs. liczba falowa." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60285/60285fig4.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: Typowe widmo różnicowe. Widmo to (a) uzyskano po niskotemperaturowej adsorpcji CO na UiO-66 aktywowanym w temperaturze pokojowej, a następnie po ewakuacji. Widmo składa się z pasm pochodzących od zaadsorbowanego CO (oznaczonych gwiazdką *), a także pasm dodatnich (oznaczonych znakiem +) i ujemnych (oznaczonych znakiem -) wynikających ze zmiany własnego widma próbki. W szczególności ujemne pasma przy 3676 i 3669 cm-1 oraz pasmo dodatnie przy 3599 cm-1 wskazują na indukowane przez CO przesunięcie ν(OH) grup μ3-hydroksylowych, a wartość tego przesunięcia jest miarą kwasowości grup OH. Górny wkład porównuje widmo (a) w obszarze drgań rozciągających grupy karbonylowej z widmem (b) zarejestrowanym w analogicznych warunkach dla próbki uprzednio ewakuowanej w temperaturze 573 K przez 1 h. Dolny wkład porównuje widmo (a) w obszarze drgań rozciągających grupy karbonylowej z widmem (c), zarejestrowanym przy ciśnieniu równowagowym CO wynoszącym 1 mbar. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60285/60285fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Całkowita absorbancja w zależności od adsorbatu, wykres spektroskopii IR, analiza danych procesu adsorpcji." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60285/60285fig5.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5: Typowy wykres przedstawiający zależność absorbancji konkretnego pasma od ilości wprowadzonego adsorbatu. Ekstrapolacja (patrz. linie przerywane) wskazuje stopień pochłaniania adsorbatu. Wykresy te mogą być wykorzystane do obliczenia współczynnika ekstynkcji pasma IR. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60285/60285fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Widma FTIR przedstawiające piki absorpcji OH-NCCD₃ i Zr⁴⁺-NCCD₃; liczba falowa vs absorbancja." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60285/60285fig6.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 6"> 
Rycina 6: Widma różnicowe CD3CN zaadsorbowanego na UiO-66. Próbka aktywowana w temperaturze pokojowej (a) oraz w 573 K (b). Pasmo przy 2299 cm-1 wynika z kompleksów Zr4+-NCCD3, pasma przy 2276 i 2270 cm-1 z form OH-NCCD3, a pasmo przy 2260 cm-1 z fizycznie zaadsorbowanego CD3CN. Powstanie form OH-NCCD3 jest widoczne również poprzez przesunięcie pasma µ3-OH z 3673 do 3423 cm-1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60285/60285fig6large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres widma FTIR analizujący rozciąganie OH i drgania CO₂, wynik analizy spektralnej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60285/60285fig7.jpg" data-altupdatedat="1788282455000" data-alt="Rycina 7"> 
Rycina 7: Wzmocniona przez wodę adsorpcja CO2 na UiO-66. Widma FTIR dla CO2 (ciśnienie równowagi 50 mbar) zaadsorbowanego na UiO-66 aktywowanym w 573 K (a) oraz rozwój czasowy widm po wprowadzeniu pary wodnej (ciśnienie równowagi 1 mbar) do układu (b-e). Nowe pasmo pojawiające się przy 2340 cm-1 wynika z tworzenia adduktów OH-OCO i jest zgodne z hydroksylacją próbki. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60285/60285fig7large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>

Opisano użycie spektroskopii FTIR do badania właściwości powierzchni polikrystalicznych ciał stałych. Omówiono przygotowanie osadów próbek, procedury aktywacji, charakterystykę za pomocą cząsteczek sondy oraz modelowe badania adsorpcji CO2 .

In situ Spektroskopia FTIR jako narzędzie do badania oddziaływań gaz/ciało stałe: adsorpcja CO2 wzmocniona wodą w strukturze metaloorganicznej UiO-66

In situ infrared spectroscopy is an inexpensive, highly sensitive, and selective valuable tool to investigate the interaction of polycrystalline solids ...

Adsorpcja kataliza heterogeniczna wykrywająca zbyt wiele ważnych procesów zachodzących na powierzchniach ciał stałych. Aby skutecznie projektować nowe, efektywne materiały, konieczne jest szczegółowe zrozumienie interakcji gaz/ciało stałe. Spektroskopia w podczerwieni in situ jest jedną z najbardziej przydatnych technik w tym celu.W tym filmie pokazujemy protokół, którego używamy do charakteryzowania w podczerwieni powierzchni polikrystalicznych ciał stałych w badaniach oddziaływań gaz/ciało stałe. Ciesz się wideo. Rozprowadzić równomiernie za pomocą ziarnistości około 20 miligramów próbki proszku na wypolerowanej powierzchni matrycy do prasowania.Jeśli proszek przyklei się do metalowej powierzchni, użyj miki lub przezroczystej taśmy pakowej przyklejonej do matrycy. Umieść na wierzchu kolejną matrycę wypolerowaną stroną skierowaną w stronę proszku. Zapewnij równomierne rozprowadzenie próbki kilkoma delikatnymi ruchami obrotowymi.Następnie umieść dwa cylindry w prasie hydraulicznej i zastosuj nacisk 0,2 tony. Po około dwóch minutach powoli zmniejsz ciśnienie i wyjmij butle z prasy. Jeśli osad nie jest uformowany, powtórz procedurę, stosując wyższy nacisk.Za pomocą skalpela lub ostrza wytnij kawałek pelletu o wymiarach około 10 na 10 milimetrów. Zmierz powierzchnię geometryczną i wagę granulki. Umieścić osad w uchwycie na próbkę.Umieść uchwyt próbki w celi IR i przenieś próbkę na środek strefy pieca. Podłącz ogniwo do aparatu próżniowego/adsorpcyjnego, umieszczając między nimi zbiornik o znanej objętości, w tym przypadku około 0,5 mililitra. Opróżnij system.Dostosuj temperaturę aktywacji do 573 kelwinów, zalecana szybkość ogrzewania od dwóch do pięciu kelwinów na minutę. Następnie należy opróżnić próbkę o tej temperaturze na jedną godzinę. Za pomocą magnesu wysuń pellet na zewnątrz piekarnika i odczekaj 10 minut, aby osiągnąć temperaturę pokojową lub otoczenia.W tym czasie zarejestruj widmo tła. Następnie przenieś osad na ścieżkę wiązki podczerwieni i zarejestruj widmo próbki. Widmo próbki w podczerwieni daje raczej ubogie informacje o jej powierzchni.Dlatego adsorpcja tak zwanych cząsteczek sondy jest wykorzystywana do uzyskiwania szczegółowych informacji. Cząsteczki sondy to substancje, które są specyficznie wchłaniane. Na podstawie ich widm IR lub zmian, jakie spowodowały w widmach gleby, można wyciągnąć wnioski na temat rodzaju i właściwości centrów adsorpcji.Upewnij się, że próbka znajduje się na ścieżce wiązki podczerwieni. Wprowadzić małą dawkę, a mianowicie 0,5 mikromola adsorbatu do komórki, w tym przypadku deuterowanego acetonitrylu. Nagraj widmo podczerwieni.Następnie należy wprowadzić drugą dawkę adsorbatu i powtórzyć procedurę. Rób to, aż nie wystąpią już żadne zmiany w spektrum. Opróżnij widma zapisu próbki, aż nie wystąpią już żadne zmiany.Następnie przenieś próbkę do pieca o ustawionej temperaturze 323 kelwinów. Po 15 minutach opróżniania w tej temperaturze umieść pellet na zewnątrz piekarnika i odczekaj 10 minut, aby osiągnąć temperaturę otoczenia. W tym czasie zarejestruj świeże widmo tła.Przesuń osad na ścieżkę wiązki podczerwieni i zarejestruj widmo próbki. Powtórz procedurę, zwiększając temperaturę pieca w krokach co 50 kelwinów, aż do uzyskania widma pokrywającego się z początkowym widmem próbki. Aby zapobiec głębokiemu wychłodzeniu okien komory podczas eksperymentów niskotemperaturowych, najpierw włącz system cyrkulacji wody.Następnie upewnij się, że próbka znajduje się na ścieżce wiązki podczerwieni. Napełnij zbiornik komórkowy ciekłym azotem i utrzymuj go pełnym przez cały eksperyment. Po schłodzeniu próbki należy zapisać widmo.Następnie wprowadź adsorbat, w tym konkretnym przypadku tlenek węgla, na kolejne małe dawki, po 0,5 mikromola każda. Rejestruj widmo po każdej dawce. Zakończ ten zestaw eksperymentów przy zerowym ciśnieniu równowagi wynoszącym dwa milibary.Następnie zacznij zmniejszać ciśnienie równowagi, najpierw przez rozcieńczenie, a następnie przez opróżnianie w niskiej temperaturze, ponownie rejestrując widmo. Zaznacz ciśnienie w każdym spektrum. Gdy nie zajdą już żadne zmiany, przestań napełniać zbiornik ciekłym azotem i rejestruj widma w próżni dynamicznej przy rosnącej temperaturze.problem, który można rozwiązać za pomocą procesów obejmujących adsorpcję. W tym miejscu przedstawiamy wynik charakterystyki UiO-66, a także prawidłowe wykorzystanie i zwiększenie jego zdolności adsorpcyjnej w stosunku do dwutlenku węgla. Widmo IR UiO-66 zarejestrowane po ewakuacji w temperaturze otoczenia zawiera pasma ze względu na łącznik, resztkowy dimetyloformamid, kwas tereftalowy i estry, izolowane i wiązane przez H strukturalne grupy OH.Ewakuacja w temperaturze 573 kelwinów prowadzi do prawie całkowitego zaniku pozostałości i strukturalnych hydroksyli. Oznacza to, że próbka jest praktycznie czysta i odwodniona. Adsorpcja acetonitrylu, cząsteczki sondy do oceny kwasowości, na właśnie opróżnionej próbce ujawnia istnienie miejsc kwasu Bronsteda, grup hydroksylowych, poprzez pasma rozciągające C-N na 2276 i 2270 odwrotnych centymetrach.W tym samym czasie pasmo OH jest przesunięte na czerwono o 170 i 250 odwrotnych centymetrów, co wskazuje na słabą kwasowość Bronsted. Gdy próbka jest aktywowana w temperaturze 573 kelwinów, pasma wskazujące na kwasowość Bronsted są praktycznie nieobecne, co jest zgodne z obserwowaną dehydroksylacją próbki. Jednak dobrze widoczny jest pas o wysokości 2299 odwrotnych centymetrów, spowodowany acetonitrylem w miejscach kwasu cyrkonu 4 + Lewisa.Adsorpcja CO w niskiej temperaturze na próbce ewakuowanej w temperaturze otoczenia ujawniła CO spolaryzowany przez grupy OH przez pasmo na 2153 odwrotnych centymetrach. Jednocześnie pierwotne pasmo OH jest przesunięte ku czerwieni o 77 odwrotnych centymetrów, co potwierdza słabą kwasowość hydroksylów. Po opróżnieniu próbki o temperaturze 573 kelwinów, na głębokości 2154 odwrotnych centymetrów wykryto bardzo słabe pasmo spowodowane CO spolaryzowanym przez grupy hydroksylowe, co ponownie potwierdza niskie stężenie hydroksylu w próbce.Co ważne, nie wykryto CO skoordynowanego z miejscami Zirconium 4+. Obserwacja ta pokazuje, że miejsca kwasu Lewisa mogą być monitorowane tylko przez stosunkowo silne zasady, takie jak acetonitryl, prawdopodobnie poprzez przegrupowanie strukturalne w środowisku cyrkonu 4+. Dwutlenek węgla został wprowadzony w kontakt z próbką ewakuowaną o temperaturze 573 kelwinów.Zaadsorbowany CO2 jest monitorowany przez antysymetryczne tryby rozciągania na 2336 odwrotnych centymetrach. Następnie do systemu wprowadzono wodę, co doprowadziło do stopniowego rozwoju ramienia o wysokiej częstotliwości na wysokości 2340 przeciwstawnych centymetrów, które ostatecznie zdominowało widmo w regionie. Na koncercie rozwinęły się pasma spowodowane izolowanymi i wiązanymi przez H hydroksylami strukturalnymi.Wyniki pokazują, że para wodna hydroksyluje próbkę, tworząc strukturalne grupy hydroksylowe, które działają jako miejsca adsorpcji CO2. Obserwacja ta jest ważna, ponieważ dostarcza dowodów na to, że adsorpcja CO2 może być zwiększona w wilgotnej atmosferze i ujawnia mechanizm tego zjawiska.

in-situ-ftir-spectroscopy-as-tool-for-investigation-gassolid

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Miękkie lądowanie masowo wybranych jonów na powierzchniach jest skutecznym podejściem do wysoce kontrolowanego przygotowania nowych materiałów. W połączeniu z analizą za pomocą spektrometrii mas jonów wtórnych in situ (SIMS) i spektroskopii absorpcyjnej odbicia w podczerwieni (IRRAS), miękkie lądowanie zapewnia bezprecedensowy wgląd w interakcje dobrze zdefiniowanych gatunków z powierzchniami.

In Situ Spektroskopia SIMS i IR dobrze zdefiniowanych powierzchni przygotowanych przez miękkie lądowanie jonów o wybranej masie

Synteza, aktywacja i charakterystyka celowo zaprojektowanych metaloorganicznych materiałów szkieletowych jest wyzwaniem, zwłaszcza gdy bloki budulcowe są niekompatybilne lub niechciane polimorfy są termodynamicznie faworyzowane nad pożądanymi formami. Opisujemy, w jaki sposób zastosowania wspomaganej rozpuszczalnikiem wymiany łączników, dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego proszku w kapilarnach i aktywacji poprzez suszenie nadkrytycznym CO2 mogą rozwiązać niektóre z tych wyzwań.

Synteza i charakterystyka funkcjonalizowanych struktur metaloorganicznych

Tutaj opisujemy technikę, elektrochemię w podczerwieni filmu białkowego, która pozwala na spektroskopowe badanie unieruchomionych białek redoks pod bezpośrednią kontrolą elektrochemiczną na elektrodzie węglowej. Widma w podczerwieni pojedynczej próbki białka mogą być rejestrowane przy różnych potencjałach i w różnych warunkach roztworu.

Elektrochemia filmu białkowego w podczerwieni wykazana w badaniu utlenianiaH2 przez hydrogenazę [NiFe]

Przedstawiamy procedurę obrazowania w czasie rzeczywistym i analizy składu pierwiastkowego cząstek bemitu w wodzie dejonizowanej za pomocą płynnej skaningowej mikroskopii elektronowej in situ.

In Situ Charakterystyka cząstek bemitu w wodzie przy użyciu ciekłego SEM

Tutaj prezentujemy protokół do badania struktury i dynamiki wody międzyfazowej w skali atomowej, pod kątem obrazowania w rozdzielczości submolekularnej, manipulacji molekularnej i spektroskopii wibracyjnej pojedynczych wiązań.

Badanie struktury i dynamiki wody międzyfazowej za pomocą skaningowej mikroskopii tunelowej i spektroskopii

Struktury metaloorganiczne są skuteczne w magazynowaniu gazu i katalizie heterogenicznej, ale typowe metody syntezy skutkują powstawaniem sypkich proszków, które są trudne do włączenia do inteligentnych materiałów. Przedstawiono metodę polegającą na pierwszym powlekaniu tkanin tlenkami metali ALD, w wyniku czego powstają konforemne warstwy MOF na tkaninach podczas syntezy solwotermicznej.

Synteza solwotermiczna MIL-96 i UiO-66-NH2 na warstwach atomowych osadzonych powłok z tlenku metalu na matach włóknistych

Barwnikowe ogniwo słoneczne zostało solwatowane przez RTILs; korzystając z zoptymalizowanych potencjałów empirycznych, zastosowano symulację dynamiki molekularnej do obliczenia właściwości drgań. Uzyskane widma oscylacyjne porównano z dynamiką molekularną eksperymentu i ab initio; Różne widma potencjału empirycznego pokazują, jak parametryzacja ładunku częściowego ładunku cieczy jonowej wpływa na przewidywanie widm wibracyjnych.

Widma drgań granicy faz N719-chromofor/tytan z symulacji empirycznego potencjału dynamiki molekularnej, solwatowane przez ciecz jonową o temperaturze pokojowej

Tutaj prezentujemy protokół przeprowadzania eksperymentów z reakcjami na gaz zamkniętymi in situ TEM, jednocześnie szczegółowo opisując kilka powszechnie stosowanych metod przygotowania próbek.

Przeprowadzanie reakcji gazowych in situ w komórkach zamkniętych w transmisyjnym mikroskopie elektronowym

Tutaj używamy stabilizatora polimerowego do przygotowania zawiesin struktur metaloorganicznych (MOF), które wykazują znacznie zmniejszone rozproszenie w swoich widmach absorpcji w stanie podstawowym i przejściowym. W przypadku tych zawieszeń MOF, protokół zawiera różne wytyczne do spektroskopowego charakteryzowania MOF w celu uzyskania danych możliwych do interpretacji.

Przewodnik techniczny dotyczący wykonywania pomiarów spektroskopowych na strukturach metaloorganicznych

Postsyntetyczna wymiana ligandów (PSE) jest wszechstronnym i potężnym narzędziem do instalowania grup funkcyjnych w strukturach metaloorganicznych (MOF). Wystawienie MOF na działanie roztworów zawierających ligandy funkcjonalizowane triazolami i tetrazolami może włączyć te heterocykliczne ugrupowania do Zr-MOF poprzez procesy PSE.

Synteza struktur metaloorganicznych na bazie triazolu i tetrazolu na bazie Zr poprzez postsyntetyczną wymianę ligandów

Ten artykuł opisuje użycie porozymetrii azotowej do charakteryzowania struktur metaloorganicznych, używając UiO-66 jako materiału reprezentatywnego.

Wyznaczanie powierzchni i objętości porów struktur metaloorganicznych

Poznaj spektroskopię FTIR in situ do badania właściwości powierzchni ciał stałych krystalicznych. Ta metoda umożliwia analizę interakcji gaz/ciało stałe i charakteryzację centrów adsorpcyjnych w materiałach takich jak UiO-66.

In situ Spektroskopia FTIR jako narzędzie do badania oddziaływań gaz/ciało stałe: adsorpcja CO2 wzmocniona wodą w strukturze metaloorganicznej UiO-66 (Wideo) | JoVE Journal

In situ Spektroskopia FTIR jako narzędzie do badania oddziaływań gaz/ciało stałe: adsorpcja CO₂ wzmocniona wodą w strukturze metaloorganicznej UiO-66

Przeglądaj więcej filmów