This content is Open Access.
The JoVE video player is compatible with HTML5 and Adobe Flash. Older browsers that do not support HTML5 and the H.264 video codec will still use a Flash-based video player. We recommend downloading the newest version of Flash here, but we support all versions 10 and above.
If that doesn't help, please let us know.
In situ FTIR Spectroscopie als hulpmiddel voor onderzoek naar gas/vaste interactie: waterversterkte CO2 Adsorptie in UiO-66 Metaal-Organisch Framework
Chapters
Summary February 1st, 2020
Please note that all translations are automatically generated.
Click here for the English version.
Het gebruik van FTIR spectroscopie voor onderzoek naar de oppervlakte-eigenschappen van polykristallijne vaste stoffen wordt beschreven. De voorbereiding van monsterpellets, activeringsprocedures, karakterisering met sondemoleculen en modelstudies van CO 2-adsorptie worden besproken.
Transcript
Adsorptie heterogene katalyse sensing te veel belangrijke processen die zich voordoen op vaste oppervlakken. Om succesvol nieuwe, effectieve materialen te ontwerpen, is het noodzakelijk om de gas/vaste interactie in detail te begrijpen. In situ infrarood spectroscopie is een van de meest nuttige technieken voor dit doel.
In deze video tonen we het protocol dat we gebruiken voor infraroodkarakterisering van het oppervlak van polykristallijne vaste stoffen in studies van gas / vaste interactie. Geniet van video. Gelijkmatig verspreiden met behulp van een grit ongeveer 20 milligram van het monster poeder op het gepolijste oppervlak van een persen matrijs.
Als het poeder kleeft aan het metalen oppervlak, gebruik mica of duidelijke verpakkingstape vastgelijmd aan de matrijs. Plaats op de top een andere sterven met de gepolijste kant naar het poeder. Zorg voor een gelijkmatige verdeling van het monster met verschillende zachte roterende bewegingen.
Zet vervolgens de twee cilinders in een hydraulische pers en breng 0,2 ton druk aan. Na ongeveer twee minuten, langzaam verminderen van de druk en verwijder de cilinders van de pers. Als de pellet niet wordt gevormd, herhaal de procedure, het toepassen van een hogere druk.
Met behulp van een scalpel of een mes, snijd een stuk van de pellet met afmetingen ongeveer 10 bij 10 millimeter. Meet het geometrische oppervlak en het gewicht van de pellet. Plaats de pellet in de monsterhouder.
Plaats de monsterhouder in de IR-cel en verplaats het monster naar het midden van de ovenzone. Sluit de cel aan op het vacuüm/adsorptieapparaat, plaats ertussen een reservoir met bekend volume, in dit geval ongeveer 0,5 milliliter. Evacueer het systeem.
Pas de activeringstemperatuur aan op 573 Kelvins, aanbevolen verwarmingssnelheid tussen twee en vijf Kelvins per minuut. Evacueer dan het monster met deze temperatuur gedurende een uur. Met behulp van een magneet, verplaats de pellet buiten de oven, en wacht 10 minuten om ruimte of omgevingstemperatuur te bereiken.
Registreer gedurende die tijd een achtergrondspectrum. Verplaats vervolgens de pellet naar het IR-balkpad en registreer het monsterspectrum. Het infraroodspectrum van het monster geeft vrij slechte informatie over het oppervlak.
Daarom wordt de adsorptie van de zogenaamde sondemoleculen gebruikt voor het verkrijgen van gedetailleerde informatie. De sondemoleculen zijn stoffen die specifiek worden geabsorbeerd. Op basis van hun IR spectra, of op de veranderingen die ze veroorzaakt in de spectra van de bodem, kan men conclusies trekken over het type en de eigenschappen van de adsorptiecentra.
Zorg ervoor dat het monster zich op het IR-balkpad bevindt. Introduceer een kleine dosis, namelijk 0,5 micromol van de adsorbaat aan de cel, in dit geval deuterated acetonitril. Neem een IR-spectrum op.
Introduceer vervolgens een tweede dosis van de adsorbaat en herhaal de procedure. Doe dit totdat er geen veranderingen meer in het spectrum optreden. Evacueer de sample opname spectra totdat er geen wijzigingen meer optreden.
Verplaats het monster vervolgens naar de oven met een vooraf ingestelde temperatuur van 323 Kelvins. Na 15 minuten evacuatie op deze temperatuur, plaats de pellet buiten de oven en wacht 10 minuten om de omgevingstemperatuur te bereiken. Gedurende die tijd registreren een frisse achtergrond spectrum.
Verplaats de pellet naar het IR-bundelpad en registreer het monsterspectrum. Herhaal de procedure die de oventemperatuur verhoogt met stappen van 50 Kelvins, totdat het verkrijgen van een spectrum dat samenvalt met het oorspronkelijke monsterspectrum. Om diepe koeling van de celramen tijdens de lage-temperatuur experimenten te voorkomen, zet u eerst het watercirculatiesysteem aan.
Zorg er vervolgens voor dat het monster zich op het IR-balkpad bevindt. Vul het celreservoir in met vloeibare stikstof en houd het vol tijdens het hele experiment. Na het koelen van het monster, een spectrum opnemen.
Introduceer vervolgens adsorbate, in dit specifieke geval koolmonoxide, op opeenvolgende kleine doses, 0,5 micromol per stuk. Neem een spectrum op na elke dosis. Voltooi deze reeks experimenten met nul evenwichtsdruk van twee millibars.
Dan beginnen met het verminderen van het evenwicht druk, eerst door verdunning en vervolgens door evacuatie bij lage temperatuur, opnieuw opnemen spectrum. Markeer de druk in elk spectrum. Wanneer er geen veranderingen meer optreden, stop dan met het vullen van het reservoir met vloeibare stikstof en neem spectra op onder dynamisch vacuüm bij stijgende temperatuur.
probleem dat kan worden opgelost door processen met adsorptie. Hier presenteren we het resultaat van de karakterisering van de UiO-66, evenals het juiste gebruik en de verbetering van de adsorptiecapaciteit ten opzichte van kooldioxide. Het IR-spectrum van UiO-66 geregistreerd na evacuatie bij omgevingstemperatuur bevat banden als gevolg van de linker, resterende dimethylformamide, terephthalic zuur en esters, geïsoleerde en H-gebonden structurele OH groepen.
Evacuatie bij 573 Kelvins leidt tot bijna volledige verdwijning van de resten en van de structurele hydroxyls. Dat wil zeggen, het monster is praktisch schoon en gedehydroxyleerd. Adsorptie van acetonitril, een sondemolecuul voor het beoordelen van de zuurgraad, op het net geëvacueerde monster onthult het bestaan van Bronsted-zuurplaatsen, hydroxylgroepen, door C-N-stretchingbanden op 2276 en 2270 wederkerige centimeters.
Tegelijkertijd is de OH-band rood verschoven door 170 en 250 wederkerige centimeters, wat wijst op een zwakke Bronsted zuurgraad. Met monster geactiveerd bij 573 Kelvins, de banden die bronsted zuurgraad zijn vrijwel afwezig, wat overeenkomt met de waargenomen monster dehydroxylation. Echter, een band op 2299 wederzijdse centimeters, als gevolg van acetonitrile op Zirkonium 4 + Lewis zuur sites, is goed te zien.
Lage temperatuur CO adsorptie op een monster geëvacueerd bij omgevingstemperatuur bleek CO gepolariseerd door OH groepen door middel van een band op 2153 wederzijdse centimeters. Tegelijkertijd wordt de originele OH-band met 77 wederkerige centimeters rood verschoven, wat de zwakke zuurgraad van de hydroxyls bevestigt. Met een monster geëvacueerd op 573 Kelvins, een zeer zwakke band als gevolg van CO gepolariseerd door hydroxyl groepen werd gedetecteerd op 2154 wederkerige centimeters, bevestigt opnieuw de lage hydroxyl concentratie in het monster.
Belangrijk is dat er geen CO gecoördineerd naar Zirconium 4 + sites werd gedetecteerd. Deze observatie toont aan dat de Lewis zuursites alleen kunnen worden gecontroleerd door relatief sterke basen, zoals acetonitril, waarschijnlijk via structurele herschikking in de Zirkonium 4+-omgeving. Kooldioxide werd in contact gebracht met een monster geëvacueerd op 573 Kelvins.
De geadsorbeerde CO2 wordt gecontroleerd door de antisymmetrische rekmodi op 2336 wederkerige centimeters. Vervolgens werd water in het systeem gebracht, wat leidde tot een geleidelijke ontwikkeling van een hoogfrequente schouder op 2340 wederkerige centimeters, die uiteindelijk het spectrum in de regio domineerden. In overleg ontwikkelden zich banden als gevolg van geïsoleerde en H-gebonden structurele hydroxylen.
De resultaten tonen aan dat waterdamp hydroxyleert het monster, het creëren van structurele hydroxyl groepen die fungeren als CO2 adsorptie sites. Deze observatie is belangrijk omdat blijkt dat CO2-adsorptie kan worden verbeterd in een vochtige atmosfeer en onthult het mechanisme van dit fenomeen.
Related Videos
You might already have access to this content!
Please enter your Institution or Company email below to check.
has access to
Please create a free JoVE account to get access
Login to access JoVE
Please login to your JoVE account to get access
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Please enter your email address so we may send you a link to reset your password.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Your JoVE Unlimited Free Trial
Fill the form to request your free trial.
We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.
If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.
Thank You!
A JoVE representative will be in touch with you shortly.
Thank You!
You have already requested a trial and a JoVE representative will be in touch with you shortly. If you need immediate assistance, please email us at subscriptions@jove.com.
Thank You!
Please enjoy a free 2-hour trial. In order to begin, please login.
Thank You!
You have unlocked a 2-hour free trial now. All JoVE videos and articles can be accessed for free.
To get started, a verification email has been sent to email@institution.com. Please follow the link in the email to activate your free trial account. If you do not see the message in your inbox, please check your "Spam" folder.
