Name: Charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-09T14:10:00.000+00:00
Duration: 6 min 53 s
Description: Poznaj magnetometryczną charakterystykę produktów pośrednich w elektrochemii ciała stała redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych. Ta metoda pozwala badać mechanizmy magazynowania ładunku w MOFach 2D.

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

To badanie było wspierane przez Japońskie Towarzystwo Promocji Nauki (JSPS) KAKENHI Grant (JP20H05621). Z. Zhang dziękuje również Fundacji Tatematsu i stypendium Toyota Riken za wsparcie finansowe.

1. Wykonanie elektrody
<ol>
	<li>Synteza MOF Cu-THQ 
	UWAGA: Zsyntetyzowano polikrystaliczny proszek MOF Cu-THQ poprzez metoda hydrotermalna zgodnie z wcześniej opisanymi procedurami14,20,23.
	<ol>
		<li>Wprowadź 60 mg tetrahydroksychinonu do ampułki o pojemności 20 ml, a następnie dodaj 10 ml odgazowanej wody. W oddzielnej szklanej fiolce rozpuść 110 mg trihydratu azotanu miedzi(II) w kolejnych 10 ml odgazowanej wody. Dodaj 46 µL konkurującego liganda etylenodiaminy za pomocą pipety. 
		UWAGA: Aby odgazować wodę dejonizowaną, należy przepuścić azot przez 30 min przed użyciem. Jeśli mieszanina reakcyjna będzie podgrzewana zbyt długo, może powstać zanieczyszczenie miedzią (Cu), z pikiem dyfrakcyjnym pojawiającym się w okolicy 43° (Cu Kα).</li>
		<li>Wprowadź roztwór miedzi do ampułki zawierającej tetrahydroksychinon. Kolor roztworu natychmiast zmieni się z czerwonego na granatowy. Poddaj próbkę cyklowi zamrażania, pompowania i rozmrażania.24 przepłukać otrzymany roztwór trzykrotnie w celu dalszego usunięcia rozpuszczonego tlenu.</li>
		<li>Zaszeluj ampułkę płomieniem za pomocą palnika w warunkach próżni. Podgrzej roztwór do 60 °C przez 4 h.</li>
		<li>Po zakończeniu reakcji należy ostrożnie otworzyć ampułkę i usunąć nadsącz. Osad należy przemyć trzykrotnie 30 ml dejonizowanej wody w temperaturze pokojowej oraz 30 ml gorącej wody dejonizowanej (80 °C) poprzez trzykrotne wirowanie przy 10 000 obr./min przez 5 min.</li>
		<li>Rozdyspergować osad w acetonie poprzez wstrząsanie, następnie przefiltrować i przemyć acetonem. Produkt ogrzewać w próżni w temperaturze 353 K przez noc, aby usunąć resztki rozpuszczalnika z MOF Cu-THQ.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie elektrod CuTHQ 
	UWAGA: Aby odróżnić MOF Cu-THQ od elektrody, ten pierwszy określany jest jako Cu-THQ, natomiast mieszanina Cu-THQ, węgla i lepiszcza określana jest po prostu jako CuTHQ.
	<ol>
		<li>Aby przygotować elektrodę Cu-THQ/CB/PVDF, należy rozpuścić 10 mg polifluorku winylidenu (PVDF) w 1,4 ml N-metylo-2-pirolidonu (NMP). Następnie w roztworze należy rozproszyć 50 mg MOF Cu-THQ oraz 40 mg sadzy technicznej (CB), energicznie mieszając przez całą noc. Homogeniczną zawiesinę należy nanieść na dysk aluminiowy o średnicy 15 mm i masie ok. 9,7 mg.</li>
		<li>Aby przygotować elektrodę Cu-THQ/Gr/SP/SA, należy postępować zgodnie z procedurą stosowaną dla elektrody Cu-THQ/CB/PVDF, lecz z innym składem zawiesiny: MOF Cu-THQ (80 mg), alginian sodu (SA, 2 mg) oraz grafen/Super P (Gr/SP, rozcieńczenie masowe 1:1,8, łącznie 18 mg) w wodzie/izopropanolu (rozcieńczenie objętościowe 1:1, łącznie 1,2 ml).</li>
		<li>Suszyć elektrody w próżni w temperaturze 353 K przez 12 h. Po suszeniu upuścić azot i zmierzyć masę załadowanego materiału.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Montaż baterii i obróbka końcowa
UWAGA: Ze względu na wrażliwość produktów pośrednich procesów elektrochemicznych na działanie powietrza, montaż ogniw oraz obróbka poekstrakcyjna muszą być przeprowadzane w komorze rękawicowej z argonem, przy ścisłym zachowaniu warunków beztlenowych.
<ol>
	<li>Montaż ogniw guzikowych Li/CuTHQ
	<ol>
		<li>Przed montażem baterii wyciąć kilka dysków litu o średnicy 15,5 mm oraz separatorów Celgard o średnicy 17 mm.</li>
		<li>Złożyć ogniwa guzikowe Li/CuTHQ (CR2032) od dołu do góry w następującej kolejności: obudowa ujemna, podkładka (wysokość = 0,5 mm), lit, separator, elektroda CuTHQ (przygotowana w kroku 1.2.1 lub 1.2.2), podkładka, sprężyna i obudowa dodatnia (Rysunek 1A).</li>
		<li>Przed i po dodaniu separatora nalać łącznie 0,04 mL elektrolitu (1,0 M LiBF4 w węglanie etylenu (EC)/węglanie dietylu (DEC) w stosunku masowym 1:1). Po złożeniu ogniwa guzikowego nie używać metalowych pincet do jego trzymania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowywanie produktów pośrednich elektrochemicznych
	<ol>
		<li>Ścisnąć ogniwo guzikowe za pomocą śruby dociskowej (nieszczelnej) przy użyciu urządzenia wykonanego samodzielnie (Rysunek 1B) i podłączyć urządzenie do przewodów pomiarowych w rękawicy (glove box). Podłączyć instrument (na zewnątrz rękawicy) do portów odpowiadających ogniwu guzikowemu. Przeprowadzić pomiary woltamperometrii cyklicznej oraz galwanostatycznego ładowania/rozładowania20, aby uzyskać produkty pośrednie przy różnych potencjałach (Rysunek 2).</li>
		<li>Po cyklowaniu elektrochemicznym ostrożnie rozebrać ogniwo guzikowe, aby uniknąć jakichkolwiek zwarć.</li>
		<li>Przepłukać cyklowaną elektrodę CuTHQ 5 mL węglanu dimetylu (DMC) klasy bateryjnej. Suszyć elektrodę naturalnie przez 30 min. Zebrać próbkę z dysku Al na folię aluminiową za pomocą czystej szpachelki.</li>
		<li>Przenieść proszek z próbki do rurki ESR lub rurki SQUID przez szklany lejek wykonany samodzielnie (Rysunek 1C). Szczelnie zamknąć rurkę z próbką za pomocą nakrętki i przezroczystej folii. Alternatywnie, połączyć rurkę z próbką z gumowym wężykiem i zamknąć go zaworem, a następnie zapłomić koniec rurki z próbką w próżni.</li>
		<li>Po pomiarach magnetycznych20 otworzyć rurkę i wysypać próbkę na folię aluminiową. Zmierzyć masę próbki w powietrzu za pomocą wagi analitycznej o rozdzielczości 0,01 mg. Oszacować masę Cu-THQ na podstawie całkowitej masy próbki. 
		UWAGA: Masę cyklowanego MOF Cu-THQ szacuje się na 50% lub 80% całkowitej masy, w zależności od rodzaju użytych elektrod; szacunek ten nie uwzględnia wbudowanych jonów Li i pozostałego elektrolitu.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Schemat montażu ogniwa pastylkowego oraz probówki do ESR-SQUID z zestawem domowej roboty do testowania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65335/65335fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Sprzęt wykorzystany do eksperymentów magnetometrycznych ex situ. (A) Zdjęcie ogniwa pastylkowego CR2032. (B) Urządzenie domowej roboty wykorzystane do oceny nieszczelnego ogniwa pastylkowego w rękawicy laboratoryjnej (glove box). (C) Zdjęcia probówek do ESR i SQUID z próbkami i bez próbek wewnątrz. Probówka ESR składa się z 10 cm kwarcowej końcówki o wysokiej czystości (sekcja pomiarowa) oraz 17 cm głowicy z borokrzemianowego szkła. Istnieją dwa rodzaje probówek SQUID. Probówka A składa się z kwarcowej końcówki o wymiarach 2 cm x 5 cm z kwarcową przeponą w punkcie środkowym oraz 10 cm głowicy z borokrzemianowego szkła, natomiast probówka B jest probówką plastikową (długość 20 cm) z plastikową przeponą w punkcie środkowym. Wszystkie probówki do próbek mają średnicę zewnętrzną 5 mm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65335/65335fig01large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
3. Rejestracja widm ESR w zmiennych temperaturach
<ol>
	<li>Rejestrowanie widm ESR w temperaturze pokojowej
	<ol>
		<li>Po przygotowaniu spektrometru ESR, wprowadź przygotowaną probkę do wnęki mikrofalowej i wycentruj próbkę. Wykonaj autostrojenie fazy mikrofal, sprzężenia i częstotliwości, aby osiągnąć warunek rezonansu wnęki. Sprawdź, czy sygnał Q-dip w centrum ekranu ma symetryczny kształt i maksymalną głębokość. 
		UWAGA: Jeśli próbka zawiera zbyt dużo węgla przewodzącego, np. sadzy, proces autostrojenia może nie powodzić się lub skutkować niskim dobrocią (wartością Q) wnęki. Typowa masa próbki wynosi 3 mg.</li>
		<li>Wybierz optymalne parametry, takie jak: moc mikrofal; czas sweepowania pola magnetycznego; szerokość sweepowania pola centralnego; częstotliwość i szerokość modulacji; amplituda i stała czasowa kanału. Następnie wykonaj sweep pola magnetycznego i zarejestruj widmo ESR. Typowe wartości parametrów pomiarowych przedstawiono na Rysunku 3 oraz Rysunku 4.</li>
		<li>Ustaw wartość wprowadzenia markera Mn na 800. Powtórz kroki 3.1.1 i 3.1.2, aby zarejestrować widmo ESR z markerem Mn. Skalibruj pole magnetyczne, wykorzystując sześć linii hiperstrukturalnych dla jonów Mn(II).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Analiza kształtu linii Cu-THQ
	<ol>
		<li>Zaimportuj zestaw danych ESR do programu Python (wersja 3.9.7). Znormalizuj widmo ESR, dzieląc intensywność przez masę próbki, pierwiastek kwadratowy z mocy mikrofal, szerokość modulacji oraz amplitudę.</li>
		<li>Dopasuj skalibrowane i znormalizowane widmo ESR przygotowanego MOF Cu-THQ do osiowo symetrycznej funkcji lorentzowskiej25: 
		<img alt="Wzór matematyczny ilustrujący równowagę statyczną, użyty w schemacie fizycznym do analizy badawczej." src="/files/ftp_upload/65335/65335eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1"> 
		Gdzie N jest czynnikiem skalującym obejmującym parametry instrumentu, stałe gll i HII , (<img alt="Równowaga statyczna, ΣF=0, Στ=0, schemat, bilans sił i momentów w układzie fizycznym." src="/files/ftp_upload/65335/65335eq04.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 4"> oraz <img alt="Schemat wektora pola magnetycznego, równanie H⊥ dla analizy pola elektromagnetycznego, koncepcja fizyczna." src="/files/ftp_upload/65335/65335eq05.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 5">) to odpowiednio równoległa (prostopadła) składowa czynnika g Landera oraz odpowiadające im pole magnetyczne rezonansu, ΔHpp to szerokość linii od szczytu do szczytu, a Hr to zmienna całkowa. 
		UWAGA: Kody Pythona dla funkcji lorentzowskiej są dostępne w Pliku Kodowania Uzupełniającego 1 (nazwanym AxialLorentz).</li>
		<li>Wyznacz anizotropową wartość g oraz szerokość linii od szczytu do szczytu dla osiowo symetrycznych jonów Cu(II).</li>
		<li>Dopasuj skalibrowane i znormalizowane widmo ESR za pomocą funkcji lorentzowskiej dla próbek z rodnikami. Wyznacz izotropową wartość g oraz szerokość linii od szczytu do szczytu dla rodników. 
		<img alt="Schemat równania różnicy ciśnień; badania edukacyjne; koncepcja modelowania matematycznego." src="/files/ftp_upload/65335/65335eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 2"> 
		W Pliku Kodowania Uzupełniającego 1 funkcja ta jest nazwana SymLorentz.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ilościowe oznaczenie stężenia rodników
	<ol>
		<li>Zmiel 3,45 mg 4-hydroksy-2,2,6,6-tetrametylopiperydyny-1-oksylowego (TEMPOL) oraz 96,55 mg KBr razem w moździerzu agatowym, aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny. Umieść odpowiednio 1 mg (0,2 µmol), 2 mg (0,4 µmol) i 4 mg (0,8 µmol) mieszanin TEMPOL/KBr w trzech probkach do ESR.</li>
		<li>Postępuj zgodnie z krokami 3.1.1 i 3.1.2, aby zarejestrować widma ESR dla standardów TEMPOL/KBr.</li>
		<li>Przeprowadź liniowe dopasowanie linii bazowej pomiędzy podwójną całką widm ESR a liczbą spinów w standardach TEMPOL/KBr. Wyznacz liczbę spinów w cykliczno Cu-THQ, korzystając z liniowej linii bazowej standardów TEMPOL/KBr26.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rejestrowanie widm ESR w niskich temperaturach 
	UWAGA: Aby uzyskać temperaturę kriogeniczną, należy użyć ciekłego helu. Podczas pracy z ciekłym helem konieczne jest noszenie rękawic kriogenicznych.
	<ol>
		<li>Najpierw sprawdź widmo ESR w temperaturze pokojowej zgodnie z krokiem 3.1.</li>
		<li>Odpompuj powietrze z osłony termicznej do poziomu wysokiej próżni. Przepłucz wnękę mikrofalową azotem, aby uniknąć kondensacji.</li>
		<li>Wprowadź ciekły hel z naczynia do kriostatu. Stopniowo chłodź próbkę do najniższej temperatury (około 10 K). Odczekaj 30 min do osiągnięcia równowagi termicznej.</li>
		<li>Rejestruj zależne od temperatury widma ESR podczas ogrzewania. Potwierdź, że widmo ESR nie wykazuje efektu nasycenia mocy w niskiej temperaturze, a stosunek intensywności sygnału (wysokość od szczytu do szczytu) do pierwiastka kwadratowego z mocy mikrofal pozostaje stały w przypadku braku nasycenia mocy. 
		UWAGA: W przypadku nasycenia mocy intensywność sygnału rośnie wolniej niż pierwiastek kwadratowy z mocy mikrofal. Gęstość próbkowania może stopniowo spadać wraz ze wzrostem temperatury.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Pomiary podatności magnetycznej
<ol>
	<li>Przymocuj probówkę z próbką do dolnej części pręta do próbek. Upewnij się, że powierzchnia probówki jest czysta.</li>
	<li>Opróżnij komorę pomiarową i włóż probówkę z próbką do SQUID. Przyłóż pole magnetyczne i wycentruj próbkę wewnątrz cewki detekcyjnej. Po centrowaniu usuń zewnętrzne pole magnetyczne. 
	UWAGA: Jeśli stężenie spinów jest zbyt niskie, aby można je było wykryć, rozważ zwiększenie pola magnetycznego lub przeprowadzenie centrowania po schłodzeniu do 2 K. Typowa masa próbki do pomiarów SQUID wynosi około 6 mg.</li>
	<li>Schłodź układ do 20 K z szybkością 10 K/min. Przerwij chłodzenie na 30 min, a następnie chłodź dalej do 2 K przez 1 h.</li>
	<li>Zmierz podatność magnetyczną poddanej cyklowaniu elektrody CuTHQ w polu magnetycznym 1 000 Oe podczas ogrzewania do 300 K; proces ten nazywa się procesem chłodzenia w polu zerowym (ZFC). Następnie schłodź próbkę ponownie do 2 K i zarejestruj podatność magnetyczną w procesie chłodzenia w polu (FC).</li>
	<li>Powtórz kroki od 4.1 do 4.4 dla elektrod CuTHQ cyklowanych przy różnych stopniach redukcji.</li>
	<li>Zmierz podatność magnetyczną materiałów węglowych (Gr/SP) w tych samych warunkach. Wykorzystaj ten wynik do skompensowania podatności magnetycznej elektrod CuTHQ.</li>
	<li>Dopasuj zależność podatności magnetycznej od temperatury do zmodyfikowanego prawa Curie-Weissa: 
	<img alt="Równanie podatności magnetycznej, χm = Cm/(T-θ) + χ0, ilustracja formuły." src="/files/ftp_upload/65335/65335eq03.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 3"> 
	Gdzie χm to molowa podatność magnetyczna, Cm to molowa stała Curie, θ to temperatura Weissa, a χ0 to wyraz niezależny od temperatury.</li>
</ol>

Magnetometric Characterization of Redox-Active MOFs Solid-State Electrochemistry

<ol><li>Lee, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-organic+framework+materials+as+catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Metal-organic framework materials as catalysts.</a> Chemical Society Reviews. 38 (5), 1450-1459 (2009).</li>
<li>Dolgopolova, E. A., Rice, A. M., Martin, C. R., Shustova, N. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photochemistry+and+photophysics+of+MOFs%3A+steps+towards+MOF-based+sensing+enhancements%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Photochemistry and photophysics of MOFs: steps towards MOF-based sensing enhancements.</a> Chemical Society Reviews. 47 (13), 4710-4728 (2018).</li>
<li>Qian, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MOF-based+membranes+for+gas+separations%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">MOF-based membranes for gas separations.</a> Chemical Reviews. 120 (16), 8161-8266 (2020).</li>
<li>Wang, Q., Astruc, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State+of+the+art+and+prospects+in+metal-organic+framework+%28MOF%29-based+and+MOF-derived+nanocatalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">State of the art and prospects in metal-organic framework (MOF)-based and MOF-derived nanocatalysis.</a> Chemical Reviews. 120 (2), 1438-1511 (2020).</li>
<li>Wang, M., Dong, R., Feng, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+conjugated+metal-organic+frameworks+%282D+c-MOFs%29%3A+chemistry+and+function+for+MOFtronics%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional conjugated metal-organic frameworks (2D c-MOFs): chemistry and function for MOFtronics.</a> Chemical Society Reviews. 50 (4), 2764-2793 (2021).</li>
<li>Baumann, A. E., Burns, D. A., Liu, B., Thoi, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-organic+framework+functionalization+and+design+strategies+for+advanced+electrochemical+energy+storage+devices%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Metal-organic framework functionalization and design strategies for advanced electrochemical energy storage devices.</a> Communications Chemistry. 2 (1), 86(2019).</li>
<li>Nam, K. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conductive+2D+metal-organic+framework+for+high-performance+cathodes+in+aqueous+rechargeable+zinc+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Conductive 2D metal-organic framework for high-performance cathodes in aqueous rechargeable zinc batteries.</a> Nature Communications. 10 (1), 4948(2019).</li>
<li>Sheberla, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conductive+MOF+electrodes+for+stable+supercapacitors+with+high+areal+capacitance%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Materials%22%5BJournal%5D)">Conductive MOF electrodes for stable supercapacitors with high areal capacitance.</a> Nature Materials. 16 (2), 220-224 (2017).</li>
<li>Wang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrathin+two-dimensional+conjugated+metal-organic+framework+single-crystalline+nanosheets+enabled+by+surfactant-assisted+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Ultrathin two-dimensional conjugated metal-organic framework single-crystalline nanosheets enabled by surfactant-assisted synthesis.</a> Chemical Science. 11 (29), 7665-7671 (2020).</li>
<li>Zhang, Z., Yoshikawa, H., Awaga, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monitoring+the+solid-state+electrochemistry+of+Cu%282%2C7-AQDC%29+%28AQDC+%3D+anthraquinone+dicarboxylate%29+in+a+lithium+battery%3A+Coexistence+of+metal+and+ligand+redox+activities+in+a+metal-organic+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Monitoring the solid-state electrochemistry of Cu(2,7-AQDC) (AQDC = anthraquinone dicarboxylate) in a lithium battery: Coexistence of metal and ligand redox activities in a metal-organic framework.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (46), 16112-16115 (2014).</li>
<li>Zhang, Z., Yoshikawa, H., Awaga, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discovery+of+a+%26%2334%3Bbipolar+charging%26%2334%3B+mechanism+in+the+solid-state+electrochemical+process+of+a+flexible+metal-organic+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Discovery of a &#34;bipolar charging&#34; mechanism in the solid-state electrochemical process of a flexible metal-organic framework.</a> Chemistry of Materials. 28 (5), 1298-1303 (2016).</li>
<li>Li, C., Hu, X., Hu, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cobalt%28II%29+dicarboxylate-based+metal-organic+framework+for+long-cycling+and+high-rate+potassium-ion+battery+anode%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Cobalt(II) dicarboxylate-based metal-organic framework for long-cycling and high-rate potassium-ion battery anode.</a> Electrochimica Acta. 253, 439-444 (2017).</li>
<li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+formation+of+coordination+bonds+in+Sn-based+metal-organic+frameworks+for+high-performance+lithium+storage%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Reversible formation of coordination bonds in Sn-based metal-organic frameworks for high-performance lithium storage.</a> Nature Communications. 12 (1), 3131(2021).</li>
<li>Jiang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+redox-active+2D+metal-organic+framework+for+efficient+lithium+storage+with+extraordinary+high+capacity%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">A redox-active 2D metal-organic framework for efficient lithium storage with extraordinary high capacity.</a> Angewandte Chemie. 59 (13), 5273-5277 (2020).</li>
<li>Sakaushi, K., Nishihara, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+%CF%80-conjugated+frameworks+as+a+model+system+to+unveil+a+multielectron-transfer-based+energy+storage+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional π-conjugated frameworks as a model system to unveil a multielectron-transfer-based energy storage mechanism.</a> Accounts of Chemical Research. 54 (15), 3003-3015 (2021).</li>
<li>Li, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((2D+organic+radical+conjugated+skeletons+with+paramagnetic+behaviors%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials+Interfaces%22%5BJournal%5D)">2D organic radical conjugated skeletons with paramagnetic behaviors.</a> Advanced Materials Interfaces. 8 (18), 2100943(2021).</li>
<li>Peeks, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+delocalization+in+the+radical+cations+of+porphyrin+oligomer+molecular+wires%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Electronic delocalization in the radical cations of porphyrin oligomer molecular wires.</a> Journal of the American Chemical Society. 139 (30), 10461-10471 (2017).</li>
<li>Krug von Nidda, H. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anisotropic+exchange+in+LiCuVO4+probed+by+ESR%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Anisotropic exchange in LiCuVO4 probed by ESR.</a> Physical Review B. 65 (13), 134445(2002).</li>
<li>Zeng, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pro-aromatic+and+anti-aromatic+%CF%80-conjugated+molecules%3A+An+irresistible+wish+to+be+diradicals%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Pro-aromatic and anti-aromatic π-conjugated molecules: An irresistible wish to be diradicals.</a> Chemical Society Reviews. 44 (18), 6578-6596 (2015).</li>
<li>Chen, Q., Adeniran, O., Liu, Z. F., Zhang, Z., Awaga, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graphite-like+charge+storage+mechanism+in+a+2D+%CF%80-d+conjugated+metal-organic+framework+revealed+by+stepwise+magnetic+monitoring%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Graphite-like charge storage mechanism in a 2D π-d conjugated metal-organic framework revealed by stepwise magnetic monitoring.</a> Journal of the American Chemical Society. 145 (2), 1062-1071 (2023).</li>
<li>Julien, C. M., Mauger, A., Groult, H., Zhang, X., Gendron, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((LiCo1-yByO2+as+cathode+materials+for+rechargeable+lithium+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">LiCo1-yByO2 as cathode materials for rechargeable lithium batteries.</a> Chemistry of Materials. 23 (2), 208-218 (2011).</li>
<li>Niemöller, A., Jakes, P., Eichel, R. A., Granwehr, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+operando+EPR+investigation+of+redox+mechanisms+in+LiCoO2%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">In operando EPR investigation of redox mechanisms in LiCoO2.</a> Chemical Physics Letters. 716, 231-236 (2019).</li>
<li>Park, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthetic+routes+for+a+2D+semiconductive+copper+hexahydroxybenzene+metal-organic+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Synthetic routes for a 2D semiconductive copper hexahydroxybenzene metal-organic framework.</a> Journal of the American Chemical Society. 140 (44), 14533-14537 (2018).</li>
<li>Rondeau, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+technique+for+degassing+liquid+samples%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Education%22%5BJournal%5D)">A technique for degassing liquid samples.</a> Journal of Chemical Education. 44 (9), 530(1967).</li>
<li>Flores-Llamas, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhomogeneously+broadened+EPR+lineshape+of+axial+powder%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Inhomogeneously broadened EPR lineshape of axial powder.</a> Applied Magnetic Resonance. 9 (2), 289-298 (1995).</li>
<li>Sun, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Room-temperature+quantitative+quantum+sensing+of+lithium+ions+with+a+radical-embedded+metal-organic+framework%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Room-temperature quantitative quantum sensing of lithium ions with a radical-embedded metal-organic framework.</a> Journal of the American Chemical Society. 144 (41), 19008-19016 (2022).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Successive+storage+of+cations+and+anions+by+ligands+of+%CF%80-d-conjugated+coordination+polymers+enabling+robust+sodium-ion+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">Successive storage of cations and anions by ligands of π-d-conjugated coordination polymers enabling robust sodium-ion batteries.</a> Angewandte Chemie. 60 (34), 18769-18776 (2021).</li>
<li>Roessler, M. M., Salvadori, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+and+applications+of+EPR+spectroscopy+in+the+chemical+sciences%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Principles and applications of EPR spectroscopy in the chemical sciences.</a> Chemical Society Reviews. 47 (8), 2534-2553 (2018).</li>
<li>Ji, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pauli+paramagnetism+of+stable+analogues+of+pernigraniline+salt+featuring+ladder-type+constitution%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Pauli paramagnetism of stable analogues of pernigraniline salt featuring ladder-type constitution.</a> Journal of the American Chemical Society. 142 (1), 641-648 (2020).</li>
<li>Noel, M., Santhanam, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemistry+of+graphite+intercalation+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Electrochemistry of graphite intercalation compounds.</a> Journal of Power Sources. 72 (1), 53-65 (1998).</li>
<li>Wu, K. H., Ting, T. H., Wang, G. P., Ho, W. D., Shih, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+carbon+black+content+on+electrical+and+microwave+absorbing+properties+of+polyaniline%2Fcarbon+black+nanocomposites%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer+Degradation+and+Stability%22%5BJournal%5D)">Effect of carbon black content on electrical and microwave absorbing properties of polyaniline/carbon black nanocomposites.</a> Polymer Degradation and Stability. 93 (2), 483-488 (2008).</li>
<li>Yao, M., Taguchi, N., Ando, H., Takeichi, N., Kiyobayashi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+gravimetric+energy+density+and+cycle+life+in+organic+lithium-ion+batteries+with+naphthazarin-based+electrode+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Communications+Materials%22%5BJournal%5D)">Improved gravimetric energy density and cycle life in organic lithium-ion batteries with naphthazarin-based electrode materials.</a> Communications Materials. 1 (1), 70(2020).</li>
<li>Krzystek, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EPR+spectra+from+%26%2334%3BEPR-silent%26%2334%3B+species%3A+High-frequency+and+high-field+EPR+spectroscopy+of+pseudotetrahedral+complexes+of+nickel%28II%29%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">EPR spectra from &#34;EPR-silent&#34; species: High-frequency and high-field EPR spectroscopy of pseudotetrahedral complexes of nickel(II).</a> Inorganic Chemistry. 41 (17), 4478-4487 (2002).</li>
</ol>

Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.

Aby wyprodukować katody, konieczne jest zmieszanie materiału aktywnego z przewodzącym węglem, aby uzyskać niską polaryzację podczas procesu elektrochemicznego. Dodatek węgla jest pierwszym punktem krytycznym dla magnetometrii ex situ ; jeśli węgiel ma defekty rodnikowe, nie można zaobserwować pojawienia się elektrochemicznie indukowanego rodnika organicznego w widmie ESR. Utrudnia to precyzyjne określenie stężenia spinu lub stężenia rodników organicznych, ponieważ te dwa typy rodników mają podobne wartości g, a ...

Od czasu wprowadzenia terminu struktura metaloorganiczna (MOF) pod koniec lat 90., a zwłaszcza w latach 2010., najbardziej reprezentatywne koncepcje naukowe dotyczące MOF powstały z powodu ich porowatości strukturalnej, w tym enkapsulacji gości, separacji, właściwości katalitycznych i wykrywania cząsteczek1,2,3,4. Tymczasem naukowcy szybko zdali sobie sprawę, że MOF muszą posiadać właściwości elektroniczne reagujące na bodźce, aby można je było zintegrować z nowoczesnymi inteligentnymi urządzeniami. Pomysł ten spowodował pojawienie się i rozkwit rodziny przewodzących dwuwymiarowych (2D) MOF w ciągu ostatnich 10 lat, otwierając tym samym furtkę dla MOF do odegrania kluczowych ról w electronics5 i, co bardziej atrakcyjne, w elektrochemicznych urządzeniach do magazynowania energii6. Te MOF 2D zostały włączone jako materiały aktywne do baterii z metali alkalicznych, baterii wodnych, pseudokondensatorów i superkondensatorów7,8,9 i wykazały się ogromną pojemnością, a także doskonałą stabilnością. Jednak, aby zaprojektować bardziej wydajne MOF 2D, ważne jest, aby szczegółowo zrozumieć ich mechanizmy magazynowania ładunku. Dlatego niniejszy artykuł ma na celu zapewnienie kompleksowego zrozumienia mechanizmów elektrochemicznych MOF, co może pomóc w racjonalnym projektowaniu bardziej wydajnych MOF do zastosowań w magazynowaniu energii.
W 2014 roku po raz pierwszy opisaliśmy mechanizmy elektrochemiczne ciała stałego MOF-ów z miejscami aktywnymi redoks zarówno na kationach metali, jak i ligandach10,11. Mechanizmy te zostały zinterpretowane za pomocą różnych technik spektroskopowych in situ i ex situ, takich jak spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich (XPS), absorpcyjna struktura molekularna (XAFS), dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego (XRD) i magnetyczny jądrowy w stanie stałym rezonans (NMR). Od tego czasu ten paradygmat badawczy stał się trendem w badaniach elektrochemii ciała stałego materiałów molekularnych12. Metody te działają dobrze do identyfikacji zdarzeń redoks konwencjonalnych MOF z ligandami mostkującymi karboksylany, ponieważ orbitale molekularne i poziomy energetyczne bloków budulcowych klastrów metali i ligandów organicznych są prawie niezależne od siebie w takich MOFs12,13.
Jednakże, gdy napotkano silnie skorelowane MOF-y 2D ze znaczącą koniugacją π-d, ujawniono ograniczenia tych metod spektroskopowych. Jednym z tych ograniczeń jest to, że poziomy pasmowe większości wyżej wymienionych MOF 2D nie mogą być uważane za prostą kombinację klastrów metali i ligandów, ale raczej za ich hybrydyzację, podczas gdy większość metod spektroskopowych dostarcza jedynie uśrednionych, jakościowych informacji o stopniach utlenienia14. Innym ograniczeniem jest to, że interpretacja tych danych zawsze opiera się na założeniu zlokalizowanych orbitali atomowych. W związku z tym stany pośrednie z hybrydyzacją metal-ligand i zdelokalizowanymi stanami elektronowymi są zwykle pomijane i niepoprawnie opisywane tylko tymi metodami spektroskopowymi15. Konieczne jest opracowanie nowych sond dla stanów elektronowych tych elektrochemicznych produktów pośrednich nie tylko 2D MOF, ale także innych materiałów o podobnych sprzężonych lub silnie skorelowanych strukturach elektronowych, takich jak kowalencyjne struktury organiczne16, przewodniki molekularne i polimery sprzężone17.
Najbardziej powszechnymi i potężnymi narzędziami do oceny struktur elektronicznych materiałów są pomiary podatności magnetycznej rezonansu spinowego elektronów (ESR) i nadprzewodzącego urządzenia do interferencji kwantowej (SQUID)18,19. Ponieważ oba opierają się na niesparowanych elektronach w układzie, narzędzia te mogą dostarczyć wstępnych informacji o gęstości spinu, rozkładzie spinów i oddziaływaniach spin-spin. ESR oferuje czułe wykrywanie niesparowanych elektronów, podczas gdy pomiar podatności magnetycznej daje bardziej ilościowe sygnały dla wyższych właściwości20. Niestety, obie techniki nieuchronnie napotykają duże wyzwania, gdy są stosowane do analizy elektrochemicznych produktów pośrednich. Dzieje się tak, ponieważ próbki docelowe nie są czyste, ale raczej mieszaniną materiału docelowego, dodatku przewodzącego, spoiwa i produktu ubocznego elektrolitu, więc uzyskane dane21,22 są sumą wkładów zarówno materiału, jak i zanieczyszczeń. Tymczasem większość produktów pośrednich jest wrażliwa na środowisko, w tym powietrze, wodę, niektóre elektrolity lub inne nieprzewidywalne zakłócenia; Konieczna jest szczególna ostrożność podczas obchodzenia się z półproduktami i ich pomiaru. Próby i błędy są zwykle konieczne w przypadku nowej kombinacji materiału elektrody i elektrolitu.
Tutaj prezentujemy nowy paradygmat, zwany magnetometrią elektrochemiczną, do analizy stanów elektronowych lub stanów spinowych MOF-ów 2D i podobnych materiałów przy użyciu szeregu technik, wykorzystując elektrochemię i spektroskopię ESR ex situ o zmiennej temperaturze, a także pomiary podatności magnetycznej ex situ20. Aby zademonstrować skuteczność tego podejścia, jako przykładu używamy Cu3THQ2 (THQ = 1,2,4,5-tetrahydroksybenzochinonu; określanego jako Cu-THQ), reprezentatywnego MOF 2D. Wyjaśniamy dobór dodatków przewodzących i elektrolitów, wytwarzanie elektrod i ogniw elektrochemicznych, a także szczegóły dotyczące obsługi i pomiaru próbek, w tym możliwe problemy podczas pomiaru. W porównaniu z klasycznymi charakterystykami, takimi jak XRD i XAFS, magnetometria elektrochemiczna może zapewnić kompleksowe zrozumienie mechanizmu elektrochemicznego większości MOF. Takie podejście jest w stanie uchwycić unikalne stany pośrednie i uniknąć nieprawidłowego przypisania zdarzeń redoks. Wyjaśnienie mechanizmów magazynowania energii za pomocą magnetometrii elektrochemicznej może również przyczynić się do lepszego zrozumienia relacji struktura-funkcja w MOF, prowadząc do bardziej inteligentnych strategii syntezy MOF i innych sprzężonych materiałów.

<table><tbody><tr><td>1-metylo-2-pirolidon</td><td>FUJIFILM Wako Chemicals</td><td>139-17611</td><td>Super odwodniony</td></tr><tr><td>1mol/L LiBF4 EC:DEC (1:1 v/v%)</td><td>Kishida</td><td>LBG-96533</td><td>elektrolit</td></tr><tr><td>4-hydroksy-2,2,6,6-tetrametylopipryrydyno-1-oksyl</td><td>FUJIFILM Wako Chemicals</td><td>089-04191</td><td>TEMPOL, do etykietowania wirowania&nbsp;</td></tr><tr><td>Rurka ampułki</td><td>Maruemu Corporation</td><td>5-124-05</td><td>20mL</td></tr><tr><td>Sadza, Super P Przewodząca</td><td>Alfa Aesar</td><td>H30253</td><td></td></tr><tr><td>Przewodząca sadza</td><td>Mitsubishi Chemical</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Trójwodzian azotanu miedzi (II)</td><td>FUJIFILM Wako Chemicals</td><td>033-12502</td> substancje <td>szkodliwe</td></tr><tr><td>Węglan dimetylu</td><td>FUJIFILM Wako Chemicals</td><td>046-31935</td><td>klasa baterii</td></tr><tr><td>Etylenodiamina</td><td>FUJIFILM Wako Chemicals</td><td>053-00936</td><td>substancje szkodliwe</td></tr><tr><td>Nanopłytki grafenu</td><td>Tokyo Chemical Industry</td><td>G0442</td><td>6-8nm (gruba), 15 i mikro; m (szeroki)</td></tr> <tr><td>Poli(fluorek winylidenu)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>182702</td><td></td></tr><tr><td>Bromek potasu</td><td>FUJIFILM Wako Chemicals</td><td>165-17111</td><td>do spektrofotometrii w podczerwieni</td></tr><tr><td>Alginian sodu&nbsp;</td><td>FUJIFILM Wako Chemicals</td><td>199-09961</td><td>500-600 cP</td></tr><tr><td>SQUID Magnetometr</td><td>Quantum Design</td><td>MPMS-XL 5</td><td></td></tr><tr><td>Hydrat tetrahydroksy-1,4-benzochinonu</td> Tokio <td>Przemysł chemiczny</td><td>T1090</td><td></td></tr><tr><td>X-Band ESR</td><td>JEOL</td><td>JES-F A200</td><td></td></tr></tbody></table>

charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych

Magnetometric Characterization of Intermediates in the Solid-State Electrochemistry of Redox-Active Metal-Organic Frameworks

Elektrochemiczne magazynowanie energii było szeroko dyskutowanym zastosowaniem redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych (MOF) w ciągu ostatnich 5 lat. Chociaż MOF wykazują znakomitą wydajność pod względem pojemności grawimetrycznej lub powierzchniowej i stabilności cyklicznej, niestety ich mechanizmy elektrochemiczne w większości przypadków nie są dobrze poznane. Tradycyjne techniki spektroskopowe, takie jak rentgenowska spektroskopia fotoelektronów (XPS) i absorpcyjna struktura drobna absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAFS), dostarczyły jedynie niejasnych i jakościowych informacji na temat zmian walencyjnych niektórych pierwiastków, a mechanizmy proponowane na podstawie takich informacji są często wysoce dyskusyjne. W tym artykule przedstawiamy szereg znormalizowanych metod, w tym wytwarzanie ogniw elektrochemicznych w stanie stałym, pomiary elektrochemiczne, demontaż ogniw, zbieranie półproduktów elektrochemicznych MOF oraz pomiary fizyczne produktów pośrednich pod ochroną gazów obojętnych. Wykorzystując te metody do ilościowego wyjaśnienia ewolucji stanu elektronowego i spinowego w ramach pojedynczego kroku elektrochemicznego MOF aktywnych redoks, można uzyskać jasny wgląd w naturę elektrochemicznych mechanizmów magazynowania energii nie tylko dla MOF, ale także dla wszystkich innych materiałów o silnie skorelowanych strukturach elektronowych.

Nasza poprzednia praca obejmowała szczegółową dyskusję na temat spektroskopii ESR ex situ oraz pomiarów podatności magnetycznej ex situ dla elektrochemicznie cyklowanego CuTHQ20. Poniżej przedstawiamy najbardziej reprezentatywne i szczegółowe wyniki, jakie można uzyskać, stosując protokół opisany w niniejszej pracy.
<img alt="Równowaga statyczna w materiałach bateryjnych; wykres potencjału w funkcji pojemności...

Badania magnetyczne ex situ mogą bezpośrednio dostarczyć dużych i lokalnych informacji na elektrodzie magnetycznej, aby krok po kroku ujawnić mechanizm magazynowania ładunku. W tym artykule wykazano elektronowy rezonans spinowy (ESR) i podatność magnetyczną w celu monitorowania oceny gatunków paramagnetycznych i ich stężenia w redoks-aktywnym szkielecie metaloorganicznym (MOF).

Charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych

Electrochemical energy storage has been a widely discussed application of redox-active metal-organic frameworks (MOFs) in the past 5 years. Although MOFs ...

Nasze zainteresowania badawcze polegają na zrozumieniu stanów elektronowych i spinowych sprzężonych metaorganicznych struktur 2D pi-d oraz ich korelacji z ich elektrochemicznym zachowaniem MOF w półprzewodnikowych urządzeniach do magazynowania energii. W ciągu ostatnich pięciu lat zgłoszono i przebadano wiele nowych materiałów 2D sprzężonych MOF pod kątem ich zastosowania jako materiałów aktywnych w ogniwach elektrochemicznych. Jednak mechanizm procesów ich magazynowania ładunku jest nadal niejasny.Metody spektroskopowe, w tym dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego, spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich i drobna struktura absorpcji promieniowania rentgenowskiego są najczęstszymi technikami stosowania w tej dziedzinie. Techniki te mają kluczowe znaczenie dla kategoryzacji określonych pierwiastków, struktury krystalicznej i stanów tlenu. Nie ma możliwości oddzielenia naszego 2D MOF od urządzenia podczas analizy jego elektrochemicznego stanu pośredniego.Pomiar należy wykonać na mieszaninie, która zawiera przewodzące dodatki i spoiwa. Jednak, aby dokładnie określić zachowanie elektrochemiczne MOF, konieczne jest skalibrowanie udziału tych dodatków. Większość metod spektroskopow

magnetometric-characterization-intermediates-solid-state

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

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

Konwersja kwasu transferulowego do waniliny została osiągnięta przez katalizę heterogeniczną. W tej syntezie wykorzystano HKUST-1, a niezbędnym etapem procesu katalitycznego było wytworzenie nienasyconych miejsc metalowych. Tak więc, gdy katalizator został aktywowany w próżni, uzyskano pełną konwersję waniliny (wydajność 95%).

HKUST-1 jako niejednorodny katalizator do syntezy waniliny

Mobilność jonów-spektrometria mas i techniki modelowania molekularnego mogą scharakteryzować selektywną wydajność chelatacji metali zaprojektowanych peptydów wiążących metale oraz peptydu wiążącego miedź metanobaktyny. Opracowanie nowych klas peptydów chelatujących metale pomoże w opracowaniu metod leczenia chorób związanych z nierównowagą jonów metali.

Techniki spektrometrii ruchliwości jonów i mas do określania struktury i mechanizmów rozpoznawania jonów metali i aktywności redoks oligopeptydów wiążących metale

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

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

Poniższe badanie ocenia profil toksykologiczny wybranego szkieletu metaloorganicznego za pomocą wykrywania impedancji ogniwa elektrycznego i substratu (ECIS), techniki badań przesiewowych w czasie rzeczywistym o wysokiej przepustowości.

Elektryczne wykrywanie podłoża komórkowego do oceny profili toksykologicznych struktury metaloorganicznej w czasie rzeczywistym

Tutaj opisujemy protokół syntezy niskowartościowych struktur metaloorganicznych (LVMOF) z niskowartościowych metali i wielotopowych łączników fosfinów w warunkach wolnych od powietrza. Otrzymane w ten sposób materiały mają potencjalne zastosowania jako katalizatory heterogeniczne naśladujące jednorodne katalizatory na bazie metali niskowartościowych na bazie metali.

Eksperymentalne podejścia do syntezy niskowartościowych struktur metaloorganicznych z wielotopowych łączników fosfiny

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

Tutaj opisane są procedury chemicznego osadzania perfluoroalkanów metodą plazmy na mikroporowatych materiałach, takich jak struktury metaloorganiczne, w celu zwiększenia ich stabilności i hydrofobowości. Ponadto szczegółowo opisano przełomowe badania miligramowych ilości próbek.

Otrzymywanie hydrofobowych struktur metaloorganicznych poprzez chemiczne osadzanie perfluoroalkanów z fazy gazowej wspomagane plazmą w celu usunięcia amoniaku

Poznaj magnetometryczną charakterystykę produktów pośrednich w elektrochemii ciała stała redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych. Ta metoda pozwala badać mechanizmy magazynowania ładunku w MOFach 2D.

Charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych (Wideo) | JoVE Journal

Charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych

Przeglądaj więcej filmów