In situ Gaz/Katı Etkileşiminin Araştırılmasında Bir Araç Olarak FTIR Spektroskopisi: UiO-66 Metal-Organik Çerçevede Suyla Geliştirilmiş CO2 Adsorpsiyonu

Adsorpsiyon heterojen kataliz katı yüzeylerde meydana gelen çok önemli süreçleri algılama. Yeni ve etkili malzemeleri başarılı bir şekilde tasarlamak için gaz/katı etkileşimini ayrıntılı olarak anlamak gerekir. In situ kızılötesi spektroskopi bu amaçla en yararlı tekniklerden biridir.

Bu videoda, gaz/katı etkileşimi çalışmalarında polikristalin katı yüzeyinin kızılötesi karakterizasyonu için kullandığımız protokolü gösteriyoruz. Videokeyfini çıkarın. Presleme kalıp cilalı yüzeyinde numune tozu yaklaşık 20 miligram bir kum kullanarak düzgün yayıldı.

Toz metal yüzeye yapışırsa, kalıp yapıştırılmış mika veya açık ambalaj bandı kullanın. Üzerine cilalı tarafı toz bakan başka bir kalıp yerleştirin. Numunenin birkaç nazik döndürme hareketi yle eşit şekilde dağıtılmasını sağlayın.

Daha sonra, bir hidrolik basın iki silindir koymak ve basınç 0,2 ton uygulayın. Yaklaşık iki dakika sonra, yavaş yavaş basıncı azaltmak ve basın silindirleri çıkarın. Pelet oluşturulmazsa, daha yüksek bir basınç uygulayarak işlemi tekrarlayın.

Bir neşter veya bıçak kullanarak, yaklaşık 10 ile 10 milimetre boyutlarında pelet bir parça kesti. Geometrik yüzeyi ve peletin ağırlığını ölçün. Peleti numune tutucuya yerleştirin.

Numune tutucuyu IR hücresine koyun ve numuneyi fırın bölgesinin ortasına taşıyın. Hücreyi vakum/adsorpsiyon aparatına bağlayın, bu durumda yaklaşık 0,5 mililitre hacmi ne olursa kadar bilinen hacimde bir rezervuar yerleştirin. Sistemi boşaltın.

Aktivasyon sıcaklığını 573 Kelvin'e ayarlayın, dakikada iki ila beş Kelvin arasında ısıtma oranı önerilir. Sonra bir saat boyunca bu sıcaklıkile örnek tahliye. Bir mıknatıs kullanarak, fırın Dışında pelet hareket ettirin ve oda veya ortam sıcaklığına ulaşmak için 10 dakika bekleyin.

Bu süre zarfında, bir arka plan spektrumu kaydedin. Ardından, peleti IR ışın yoluna taşıyın ve örnek spektrumu kaydedin. Örneğin kızılötesi spektrumu yüzeyi hakkında oldukça zayıf bilgi verir.

Bu nedenle prob moleküllerinin adsorpsiyonu ayrıntılı bilgi elde etmek için kullanılır. Sonda molekülleri özellikle emilen maddelerdir. IR spektrumlarına veya toprağın spektrumlarında meydana gelen değişikliklere dayanarak, adsorpsiyon merkezlerinin türü ve özellikleri hakkında sonuçlar alabilirsiniz.

Numunenin IR ışın yolu üzerinde olduğundan emin olun. Küçük bir doz tanıtın, hücreye adsorbat yani 0.5 mikromol, Bu durumda asetonitril deuterated. Ir spektrumu kaydedin.

Sonra, adsorbat ikinci bir doz tanıtmak ve prosedürü tekrarlayın. Spektrumda başka değişiklik oluşmayana kadar bunu yapın. Daha fazla değişiklik meydana gelene kadar numune kayıt spektrumlarını boşaltın.

Daha sonra, 323 Kelvins önceden ayarlanmış sıcaklık ile fırına örnek taşıyın. Bu sıcaklıkta 15 dakika tahliye den sonra, peleti fırının dışına yerleştirin ve ortam sıcaklığına ulaşmak için 10 dakika bekleyin. Bu süre zarfında yeni bir arka plan spektrumu kaydedin.

Peleti IR ışın yoluna taşıyın ve örnek spektrumu kaydedin. İlk numune spektrumuna denk gelen bir spektrum elde edene kadar fırın sıcaklığını 50 Kelvin adımlarıyla arttıran işlemi tekrarlayın. Düşük sıcaklık deneyleri sırasında hücre pencerelerinin derin soğumasını önlemek için önce su sirkülasyon sistemini açın.

Daha sonra numunenin IR ışın yolu üzerinde olduğundan emin olun. Hücre haznesini sıvı nitrojenle doldurun ve tüm deney boyunca dolu tutun. Numuneyi soğuttuktan sonra bir spektrum kaydedin.

Sonra adsorbat tanıtmak, Bu özel durumda karbon monoksit, ardışık küçük dozlarda, 0.5 mikromol her. Her dozdan sonra bir spektrum kaydedin. Bu deney kümesini iki milibarlık sıfır denge basıncıyla bitirin.

Daha sonra denge basıncını düşürmeye başlayın, önce seyreltme ve daha sonra düşük sıcaklıkta tahliye, tekrar spektrum kayıt. Her spektrumdaki basıncı işaretleyin. Daha fazla değişiklik olmadığında, rezervuarı sıvı nitrojenle doldurmayı bırakın ve artan sıcaklıkta dinamik vakum altında spektrumları kaydedin.

adsorpsiyon içeren süreçler tarafından çözülebilir sorun. Burada UiO-66 karakterizasyonu sonucu yanı sıra uygun kullanımı ve karbondioksit doğru adsorpsiyon kapasitesinin geliştirilmesi sunuyoruz. Ortam sıcaklığında tahliye den sonra kayıtlı UiO-66'nın IR spektrumu, linker, rezitilformamid, terefektif asit ve esterler, izole ve H-bondlu yapısal OH gruplarına bağlı bantlar içerir.

573 Kelvins'teki tahliye, artıkların ve yapısal hidroksillerin neredeyse tamamen yok olmasıyla yol açıyor. Yani, örnek neredeyse temiz ve dehidroksil. Asitliği değerlendirmek için bir sonda molekülü olan asetonitrilin adsorpsiyonu, sadece boşaltılmış numunede Bronsted asit bölgelerinin, hidroksil gruplarının, 2276 ve 2270 karşılıklı santimetrede C-N germe bantları aracılığıyla varlığını ortaya koymaktadır.

Aynı zamanda, OH bandı kırmızı 170 ve 250 karşılıklı santimetre, zayıf Bronsted asitlik gösteren kaydırılır. 573 Kelvin'de aktif olan numune ile Bronsted asitliğini gösteren bantlar neredeyse yoktur, bu da gözlenen örnek dehidroksilasyonile tutarlıdır. Ancak, 2299 karşılıklı santimetre bir bant, Zirkonyum 4 + Lewis asit sitelerinde asetonitril nedeniyle, iyi görülür.

Ortam sıcaklığında boşaltılan bir numunenin düşük sıcaklıktaki CO adsorpsiyonu, 2153 karşılıklı santimetrelik bir bant aracılığıyla OH grupları tarafından polarize edilmiş CO'yu ortaya çıkardı. Aynı anda, orijinal OH bandı 77 karşılıklı santimetre ile kırmızı-shifted, hidroksil zayıf asitlik doğrulayan. 573 Kelvins'te boşaltılan bir numune ile hidroksil grupları tarafından polarize edilen CO'ya bağlı çok zayıf bir bant 2154 karşılıklı santimetrede tespit edilerek numunedeki düşük hidroksil konsantrasyonu tekrar doğrulandı.

Daha da önemlisi, Zirkonyum 4+'lı sitelere eşgüdümlü hiçbir CO tespit edilmedi. Bu gözlem Lewis asit siteleri nispeten güçlü bazlar tarafından izlenebilir gösterir, asetonitril olarak, Muhtemelen Zirkonyum 4 + ortamda yapısal yeniden düzenleme yoluyla. Karbondioksit 573 Kelvin'de tahliye edilen bir örnekle temas almıştır.

Adsorbe CO2 2336 karşılıklı santimetre antisimetrik germe modları tarafından izlenir. Daha sonra sisteme su girdi ve bu da 2340 karşılıklı santimetrede yüksek frekanslı bir omuzun kademeli olarak gelişmesine yol açtı ve bu da bölgedeki spektruma hakim oldu. Konserde izole ve H-bondlu yapısal hidroksiller nedeniyle bantlar gelişti.

Sonuçlar, su buharı hidroksilitler örnek, CO2 adsorpsiyon siteleri olarak hareket yapısal hidroksil grupları oluşturarak göstermektedir. Bu gözlem önemlidir, çünkü CO2 adsorpsiyonunun nemli atmosferde geliştirilebileceğine ve bu fenomenin mekanizmasını ortaya çıkardığına dair kanıtlar vardır.