Изучение радикальной природы поверхности углерода на электронного парамагнитного резонанса и калиброванного потоке газа

Общая цель данного эксперимента состоит в том, чтобы охарактеризовать природу стабильных радикалов на поверхности твердых углеродных подложек и влияние окисления на эти радикалы. Это достигается путем подготовки высушенных образцов углерода при температуре 95 градусов Цельсия в вакуумной печи. На втором этапе через образцы пропускается диамагнитный поток газа, и природа углеродных радикалов определяется с помощью ЭПР-спектроскопии, которая характеризует природу и скорость образования углеродных радикалов в инертной среде.

Затем воздух или кислород пропускают через образец углерода для того, чтобы проследить за исчезновением углеродных радикалов в окислительной среде. Результаты показывают, что углеродные подложки по-разному подвержены окислительной обработке, в зависимости от их композитов и низкой плотности на основе измерений B-E-T-F-T-I-R и EPR. Последствия этого метода распространяются на твердые энергетические ресурсы, такие как уголь.

Потому что эти процессы окисления имеют важные последствия для правильного хранения и утилизации. Хотя этот метод может дать представление о поверхностных функциональных группах на твердых поверхностях, он также может быть применен к другим системам, таким как цеолит, мезоматериалы, постматериалы и монослои. Впервые эта идея пришла к нам, когда мы узнали, что различные образцы черепа характеризуются разной радикальной природой.

Перед началом этой процедуры подготовьте образцы углерода для измерения ЭПР, нагрев образцы в открытых стеклянных флаконах в инертной среде внутри вакуумной печи. Затем наполните каждый флакон образцом угля и закупорьте каждый флакон с образцом резиновой перегородкой и алюминиевым колпачком, чтобы удалить все следы кислорода. Подключите флакон к вакуумной системе и загерметизируйте все клапаны.

Включите вакуумный насос. После открытия вакуумного клапана подождите, пока на мониторах не появится разрежение примерно 0,1 миллибар. Убедитесь, что утечка минимальна, закрыв вакуумный клапан и отсчитайте до 30.

Откройте клапан для отбора проб, чтобы удалить атмосферу из флакона. Как только давление вернется к исходному значению давления, определенному на предыдущем этапе, повторите испытание на утечку. После достижения вакуума и эффективной продувки флаконов от оставшейся атмосферы закройте вакуумный клапан.

Затем сразу откройте клапан инертного газа и дайте давлению достичь 0,5 атмосферы. После этого закройте клапан инертного газа и откройте вакуумный клапан, чтобы удалить газ. После продувки системы закройте вакуумный клапан и сразу же откройте газовый клапан, позволив давлению достичь 0,5 атмосферы.

После того, как система будет продуваема во второй раз, откройте газовый клапан и дайте давлению достичь одной атмосферы. Закрыв газовый клапан и клапан для образца, извлеките флакон, осторожно потянув вниз и сняв иглу. Далее откройте вакуумный клапан, чтобы продуть газ из вакуумной системы.

Откройте клапан отбора проб, чтобы впустить воздух в систему, и одновременно выключите вакуумный насос, чтобы предотвратить обратный поток масла. На этом этапе осторожно переверните открытый конец только что промытой пробирки EPR во флакон с образцом углерода. Нажмите и поверните трубку EPR.

Затем аккуратно постукивайте, пока образец равномерно не разойдется на дне. Как только пробирка впитает достаточное количество образца, загерметизируйте наконечник, используя примерно от 0,5 до одного сантиметра резиновой тефлоновой шпатлевки. Чтобы настроить систему потока, вставьте кварцевую трубку в резонатор ЭПР, убедившись, что часть трубки ЭПР, заполненная углем, заполняет всю полость резонатора.

Установите бак с желаемым потоком газа, убедившись, что есть два рабочих клапана для управления потоком. После этого подсоедините резиновую трубку к резервуару и убедитесь, что трубка достигает кончика кварцевой трубки EPR с достаточным натяжением, чтобы не создавать нагрузку на кварцевую трубку. Подключите регулятор расхода к резиновой трубке для контроля расхода газа.

Прикрепив иглу небольшого калибра к резиновой трубке, вставьте иглу через резиновую тефлоновую замазку до тех пор, пока она не окажется примерно на три-четыре сантиметра над образцом, чтобы не воздействовать на магнитное поле. Затем проделайте отверстие в резиновой замазке, чтобы выпустить выходящий газ. После включения ЭПР-спектрометра откройте панель настройки СВЧ.

Найдите падение на уровне 33 децибел и используйте функцию Auto-Tune для получения наилучших условий настройки. Как только мощность микроволнового излучения будет установлена на два милливатта, откройте двухмерный эксперимент в зависимости от магнитного поля и времени. Затем задайте соответствующие параметры эксперимента.

Далее запускаем цикл измерения и включаем подачу газа. После того как образец достигнет равновесия и форма линии ЭПР больше не изменится, остановите поток газа, подвергните образец воздействию воздуха и продолжите измерения. До тех пор, пока не будет получено 50 спектров или пока не будет достигнуто равновесие. Один.

При проведении экспериментов по ЭПР на различных образцах угля было обнаружено второе вещество со значением G около 2,0028. Это значение G близко к значению свободного электрона и согласуется с незамещенными атикическими углеродцентрированными радикалами. Тем не менее, общая концентрация спина для каждого образца оставалась постоянной в пределах плюс-минус 10%. Здесь показана экспериментальная погрешность: ноль секунд и 1900 секунд сканирования после того, как образец угля подвергся воздействию углекислого газа.

Спектр ЭПР на 1900 секунде характеризуется двумя видами. Первый при значении G 2,004 при ширине линии 5 5G, а второй вид, который значительно уже при значении G 2,0028 при ширине линии 2,0 G.It было обнаружено, что скорость образования этого второго вида составляет примерно 500 секунд. Интересно, что степень образования этого второго вида после стабилизации одинакова для всех образцов угля и была оценена в 4-5% по отношению к начальной концентрации в спиннинге.

Остальные спины соответствуют либо углеродцентрированным радикалам, либо углеродцентрированному радикалу с атомом кислорода. Различные значения G доминирующих радикальных соединений в каждом образце зависят от природы угля. Поскольку кинетика образования этого второго вида для каждого образца угля различна, она должна быть связана с площадью пор образца и/или поверхностными функциональными группами.

Для того чтобы лучше охарактеризовать эти функциональные группы, требуются другие методы, такие как BET и ЯМР, для дополнения данных ЭПР. Пытаясь выполнить эту процедуру, важно помнить о необходимости эффективной сушки холодных образцов. Этот шаг имеет решающее значение для создания базовой линии, в которой молекулы воды не поглощаются обратно на вызываемых субстратах.

После этих процедур могут быть выполнены другие методы, такие как элементный анализ ЯМР BT и FT IR, чтобы ответить на дополнительные вопросы, такие как природа функциональной группы, пористость образцов и состав. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как проводить простую характеризацию твердой поверхности с помощью радикалов в условиях оксигенации.