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सीटू में गैस की जांच के लिए एक उपकरण के रूप में FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी/

Chemistry
 

Summary

पॉलीक्रिस्टलाइन ठोस के सतह गुणों की जांच के लिए FTIR स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग बताया गया है। नमूना छर्रों की तैयारी, सक्रियण प्रक्रियाओं, जांच अणुओं के साथ लक्षण वर्णन और सीओ2 सोखना के मॉडल अध्ययन पर चर्चा की जाती है।

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Drenchev, N. L., Chakarova, K. K., Lagunov, O. V., Mihaylov, M. Y., Ivanova, E. Z., Strauss, I., Hadjiivanov, K. I. In situ FTIR Spectroscopy as a Tool for Investigation of Gas/Solid Interaction: Water-Enhanced CO2 Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework. J. Vis. Exp. (156), e60285, doi:10.3791/60285 (2020).

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Abstract

सीटू इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी में एडोबेट्स के साथ पॉलीक्रिस्टलाइन ठोस की बातचीत की जांच करने के लिए एक सस्ता, अत्यधिक संवेदनशील और चयनात्मक मूल्यवान उपकरण है। कंपन स्पेक्ट्रा एसोरबेड प्रजातियों की रासायनिक प्रकृति और उनकी संरचना के बारे में जानकारी प्रदान करता है। इस प्रकार, वे सतह प्रजातियों की आणविक स्तर की समझ प्राप्त करने के लिए बहुत उपयोगी हैं। नमूने का आईआर स्पेक्ट्रम स्वयं सामग्री के बारे में कुछ सीधी जानकारी देता है। हाइड्रोक्सिल समूहों, कुछ स्थिर सतह प्रजातियों और अशुद्धियों के संबंध में सामान्य निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं। हालांकि, नमूना का स्पेक्ट्रम समन्वय असंतृप्त आयनों की उपस्थिति के संबंध में "अंधा" है और सतह हाइड्रोक्सील्स की अम्लता के बारे में खराब जानकारी देता है, सामग्री के अवशोषण और उत्प्रेरक गुणों के लिए निर्णायक प्रजातियां। इसके अलावा, थोक और सतह प्रजातियों के बीच कोई भेदभाव नहीं किया जा सकता है । इन समस्याओं को जांच अणुओं, पदार्थों के उपयोग से हल किया जाता है जो विशेष रूप से सतह के साथ बातचीत करते हैं; सोखने के परिणामस्वरूप इन अणुओं की कुछ वर्णक विशेषताओं का परिवर्तन सतह स्थलों की प्रकृति, गुणों, स्थान, एकाग्रता आदि के बारे में मूल्यवान जानकारी प्रदान करता है।

गैस/नमूना बातचीत के इन-सीटू आईआर अध्ययनों के लिए प्रायोगिक प्रोटोकॉल में नमूना गोली की तैयारी, सामग्री की सक्रियता, पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रा के विश्लेषण के माध्यम से प्रारंभिक स्पेक्ट्रल लक्षण वर्णन, जांच अणुओं द्वारा लक्षण वर्णन, और गैस मिश्रण के एक विशेष सेट के साथ बातचीत का अध्ययन शामिल है । इस पेपर में हम एक जिरकोनियम टेरेफ्थैलेट मेटल ऑर्गेनिक फ्रेमवर्क, जेडआर64(ओह)4(बीडीसी)6 (बीडीसी = बेंजीन-1,4-डाइकार्बोक्सिलेट), नामत यूआईओ-66 (यूआईओ ओस्लो विश्वविद्यालय को संदर्भित करता है) की जांच करते हैं। यूआईओ-66 नमूने की एसिड साइटों को आणविक जांच के रूप में सीओ और सीडी3सीएन का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है। इसके अलावा, हमने दिखा दिया है कि सीओ2 को डिहाइड्रोक्सीटेड यूआईओ-66 पर उजागर बुनियादी साइटों पर एडोरबेड किया गया है। प्रणाली के लिए पानी की शुरूआत अतिरिक्त सीओ2 सोखना साइटों के रूप में कार्य हाइड्रोक्सिल समूहों का उत्पादन । नतीजतन, नमूने की सीओ2 सोखने की क्षमता को दृढ़ता से बढ़ाया जाता है।

Introduction

सोखने और विषम उत्प्रेरक ऐसी प्रक्रियाएं हैं जो औद्योगिक अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला1,2के लिए महत्वपूर्ण हैं । ये प्रक्रियाएं ठोस सतहों पर होती हैं और इसलिए इन सतहों का विस्तृत लक्षण वर्णन प्रक्रियाओं को समझने और नई प्रभावी सामग्रियों के तर्कसंगत डिजाइन के लिए निर्णायक है। उच्च दक्षता सुनिश्चित करने के लिए, एडोरबेंट्स और उत्प्रेरक में आम तौर पर उच्च विशिष्ट सतह क्षेत्र होता है और आमतौर पर पैलेटिज पाउडर के रूप में लागू किया जाता है। इन सामग्रियों का लक्षण वर्णन एक प्राथमिक शोध लक्ष्य है जिसे विभिन्न विश्लेषणात्मक तकनीकों के उपयोग के साथ प्राप्त किया जा सकता है।

बिना किसी संदेह के, सीटू इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी में सतहयौगिकों2,3,4,5,6,7,8,9,10,11का अध्ययन करने के लिए सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले तरीकों में से एक है। अवरक्त स्पेक्ट्रल क्षेत्र परमाणुओं के बीच कंपन से मेल खाता है, जो अणुओं की समरूपता, बांड की ताकत, परमाणुओं के द्रव्यमान और अन्य आणविक स्थिरांक पर निर्भर करता है। इसलिए, अवरक्त स्पेक्ट्रा में सोखने वाले अणुओं की संरचना और समरूपता और एडोरबेंट-एसोर्बेट और एसोर्बेट-एसोर्बेट इंटरैक्शन पर समृद्ध जानकारी होती है। उपयुक्त रूप से चयनित यौगिकों (तथाकथित जांच अणुओं) के सोखने का अध्ययन करके, सतह की संरचना और रासायनिक संरचना, सक्रिय स्थलों की प्रकृति, अम्लता या मूलभूतता, सतह स्थित cations के ऑक्सीकरण और समन्वय स्थिति, हाइड्रोक्सिल समूहों की अम्लता आदि3,4,5,6,7,8,9 के बारे में समृद्ध जानकारी प्राप्त करना संभव है। ,10,11. अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से, सतह पर अणुओं के रासायनिक परिवर्तन के लिए रास्ते और प्रतिक्रिया मध्यवर्ती की विविधता की पहचान की जा सकती है, जो उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के तंत्र को स्पष्ट करने के लिए एक शर्त है। आईआर के ट्रांसमिशन मोड का उपयोग ज्यादातर किया जाता है, लेकिन सीटू फैलाना-परावर्तन आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी का भी उपयोग किया जाता है और, हालांकि विभिन्न प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के आधार पर,12,13,14,15,16समान जानकारी देता है। आमतौर पर आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी को अन्य पूरक तकनीकों के साथ जोड़ा जाता है जो अधिक गहन जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देते हैं।

सामान्य तौर पर, सतह यौगिकों का अध्ययन करने के दो कारण होते हैं। सबसे पहले, आणविक जांच के सोखने का उपयोग किसी दी गई सामग्री की सतह को चित्रित करने के लिए किया जाता है। दूसरे, सोखने से जुड़ी किसी खास प्रक्रिया के बारे में जानकारी मांगी जाती है। उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के तंत्र का अक्सर इस तरह से अध्ययन किया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि दोनों मामले कड़ाई से अलग नहीं हैं, और एक विशेष सोखने की प्रक्रिया के अध्ययन में, विज्ञापनों की सतह और उत्प्रेरक प्रतिक्रिया के तंत्र दोनों पर जानकारी प्राप्त की जा सकती है।

सतह प्रजातियों के स्पेक्ट्रल डिटेक्शन के लिए आवश्यक है कि अवरक्त बीम पथ में उनके पास पर्याप्त रूप से उच्च एकाग्रता हो। पदार्थ के लगभग 2-10 मिलीग्राम सेमी-2 वाले नमूने के आत्म-सहायक गोली का उपयोग करके सोखने वाले यौगिकों की इष्टतम एकाग्रता प्राप्त की जा सकती है। मोटा छर्रों अवरक्त बीम के लिए व्यावहारिक रूप से अपारदर्शी हैं, जबकि पतले गोलियों को बनाने और उपयोग करने में तकनीकी कठिनाइयां होती हैं।

आईआर अध्ययन के लिए छर्रों को पूर्व-जमीन नमूने के ऑप्टिकल रूप से चिकनी मरने के बीच नमूना पाउडर को संकुचित करके तैयार किया जाता है। आमतौर पर, वे आईआर क्षेत्र में उच्च पारदर्शिता की विशेषता है और अच्छे यांत्रिक गुण हैं।

कुछ मामलों में, एक गोली तैयार करना संभव नहीं है जो पतली (पारदर्शी) पर्याप्त है; फिर, एक वाहक का उपयोग किया जाता है: एक धातु ग्रिड, सिलिकॉन या एक केबीआर वेफर। केबीआर का उपयोग करते समय, देखभाल की जानी चाहिए क्योंकि इसे आसानी से नमूने द्वारा ऑक्सीकरण किया जा सकता है (यदि इसके पास ऑक्सीकरण गुण हैं) या कुछ एसोर्बेट्स (जैसे कोई2)10द्वारा।

आम तौर पर, कार्बनिक अशुद्धियां, सोखलिया पानी, कार्बोनेट, आदि के रूप में तैयार एसोर्बेंट्स और उत्प्रेरक की सतह पर मौजूद हैं। इसलिए माप से पहले सतह को साफ किया जाना चाहिए। यह सक्रियण द्वारा प्राप्त किया जाता है, जिसमें आमतौर पर दो चरण होते हैं: (i) एक थर्मो-ऑक्सीकरण उपचार (कार्बनिक प्रदूषकों के ऑक्सीकरण के उद्देश्य से) और (ii) थर्मो-वैक्यूम उपचार (मुख्य रूप से एसोर्बेड पानी और अशुद्धियों को हटाने के लिए निर्देशित किया जाता है जैसे बाइकार्बोनेट, कार्बोनेट, नाइट्रेट आदि। आमतौर पर, सक्रियण तापमान 573 और 773 K के बीच भिन्न होता है। कुछ विशेष मामलों में, कमरे के तापमान पर भी सक्रियण किया जा सकता है। कुछ विशिष्ट सामग्रियों (समर्थित धातुओं, धातु-कार्बनिक ढांचे) के लिए, थर्मो-ऑक्सीकरण उपचार छोड़ दिया जाता है क्योंकि यह नमूने को प्रभावित कर सकता है।

एक नियम के रूप में, नमूना सक्रियण उद्देश्य निर्मित वैक्यूम कोशिकाओं में सीटू में किया जाता है। विभिन्न प्रयोगशालाएं विभिन्न डिजाइनों की कोशिकाओं का उपयोग करती हैं और विभिन्न सामग्रियों (धातु, ग्लास, क्वार्ट्ज) द्वारा बनाई जाती हैं, लेकिन कई सामान्य विशेषताओं के साथ। एक साधारण ग्लास आईआर सेल का एक उदाहरण चित्र 1पर दिखाया गया है । सैंपल पैलेट को एक मोबाइल होल्डर में रखा गया है, जिसमें दो बेसिक पोजिशन हैं। पहली स्थिति में धारक अवरक्त बीम के लिए लंबवत गोली सुरक्षित करता है। इस भाग में, सेल सामग्री से खिड़कियों से लैस है जो अवरक्त विकिरण (आमतौर पर केबीआर या सीएएफ2)के लिए पारदर्शी है। दूसरे स्थान पर, धारक एक हीटिंग जोन में नमूना सुरक्षित करता है। इस जोन में सेल में बाहरी भट्ठी शामिल है। एक स्थान से दूसरे स्थान पर गोली की आवाजाही चुंबक या धातु श्रृंखला (ऊर्ध्वाधर निर्माण के लिए) के माध्यम से पूरी की जाती है। कोशिकाएं भट्ठी और अवरक्त बीम क्षेत्र दोनों के बाहर मध्यवर्ती स्थिति में गोली को ठीक करने की संभावना भी प्रदान करती हैं, जिससे नमूने को कमरे के तापमान तक ठंडा करते हुए पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम का आसान पंजीकरण होता है। हमारी प्रयोगशाला में हम क्षैतिज कोशिकाओं का उपयोग करते हैं। यह डिजाइन नमूना धारक की आकस्मिक रिहाई को रोकता है, जिससे नमूना और यहां तक कि सेल को तोड़ने का कारण बन सकता है।

कई मामलों में, कम तापमान पर सोखने का प्रदर्शन करना आवश्यक है। इस उद्देश्य के लिए, कम तापमान वाली कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है जिसमें नमूने के चारों ओर की मात्रा, जब अवरक्त बीम के रास्ते में होती है, तरल नाइट्रोजन(चित्रा 2)के साथ ठंडा होता है। हवा से पानी के संघनन से सेल खिड़कियों की रक्षा के लिए, एक थर्मल बफर (जैसे लगातार पानी घूम से) उनके और शांत क्षेत्र के बीच लागू किया जाता है। कुछ अन्य मामलों में, उद्देश्य से निर्मित आईआर कोशिकाओं का उपयोग करके उच्च तापमान पर सोखने का कार्य किया जाना चाहिए। आईआर कोशिकाएं हमेशा सीधे वैक्यूम/गैस कई गुना प्रणाली से जुड़ी होती हैं, जिससे शिक्षाग्रहण प्रयोगों को सीटू में आयोजित किया जा सकता है ।

सतह प्रजातियों के अध्ययन में संचरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी की मुख्य कमियों में से एक स्पेक्ट्रल क्षेत्रों का अस्तित्व है, जिसमें, अपने स्वयं के अवशोषण के कारण, नमूने अपारदर्शी हैं। जब इन क्षेत्रों में एडोरबेड यौगिकों के कंपन मोड आते हैं, तो उन्हें पंजीकृत नहीं किया जा सकता है।

नमूने का आईआर स्पेक्ट्रम स्वयं सामग्री के बारे में कुछ सीधी जानकारी देता है। सबसे अनुकूल मामलों में, सतह हाइड्रोक्सिल समूहों और कुछ स्थिर सतह प्रजातियों जैसे सल्फेट, ऑक्सो-समूह, विदेशी चरणों आदि के संबंध में सामान्य निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं। हालांकि, नमूना का आईआर स्पेक्ट्रम समन्वय असंतृप्त आयनों की उपस्थिति के संबंध में "अंधा" है और सतह हाइड्रोक्सिल समूहों की अम्लता के बारे में दुर्लभ जानकारी देता है, दोनों प्रजातियों में सामग्री के सोखने और उत्प्रेरक गुणों के लिए निर्णायक भूमिका होती है। इसके अलावा, थोक और सतह प्रजातियों के बीच कोई भेदभाव नहीं किया जा सकता है । इन समस्याओं का समाधान जांच अणुओं के उपयोग से होता है । ये ऐसे पदार्थ हैं जो विशेष रूप से सतह के साथ बातचीत करते हैं; सोखने के परिणामस्वरूप उनकी स्पेक्ट्रल विशेषताओं का परिवर्तन सतह साइटों की प्रकृति, गुणों, स्थान, एकाग्रता आदि के बारे में अप्रत्यक्ष जानकारी प्रदान करता है। जांच अणुओं को सतह अम्लता या मूलता के निर्धारण के लिए कई समूहों में वर्गीकृत किया जाता है, समन्वय असंतृप्त cations की ऑक्सीकरण स्थिति की स्थापना और उनके समन्वय रिक्तियों की संख्या, सतह स्थलों की पहुंच और स्थान आदि के बारे में जानकारी प्राप्त करना। जांच अणुओंकेलिए कई बुनियादी आवश्यकताएं हैं7,8:(i) कार्यात्मक समूह या परमाणु जिसके साथ अणु सतह से बांधता है, उसे अच्छी तरह से जाना जाना चाहिए, (ii) अणु में एक स्पष्ट अम्लीय या बुनियादी चरित्र होना चाहिए, (iii) अणु को एक ही प्रकार की सोखृंयसाइटों से बांधना चाहिए और गठित सतह प्रजातियों में एक ही संरचना होनी चाहिए; (iv) सोखने वाले परिसर पर्याप्त रूप से स्थिर होने चाहिए, (v) अणु के पास स्पेक्ट्रल पैरामीटर (आवृत्ति, स्पेक्ट्रल स्प्लिट, स्पेक्ट्रल शिफ्ट) होना चाहिए जो सतह की संपत्ति के प्रति पर्याप्त रूप से संवेदनशील होना चाहिए; (vi) यदि अणुओं को एक से अधिक प्रकार की साइटों पर सोखा जाता है, तो यह आवश्यक है कि विभिन्न सोखने वाले परिसरों को उनकी स्पेक्ट्रल विशेषताओं के आधार पर मज़बूती से प्रतिष्ठित किया जा सकता है; (vii) सूचनात्मक स्पेक्ट्रल पैरामीटर उस क्षेत्र के भीतर आने चाहिए जहां नमूना पारदर्शी है; (viii) सतह परिसरों के अवशोषण बैंड को पर्याप्त उच्च तीव्रता की विशेषता होनी चाहिए, और (नौवीं) अणु को सतह को रासायनिक रूप से संशोधित नहीं करना चाहिए। वस्तुतः कोई यौगिक नहीं है जो उपरोक्त सभी आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है। इसलिए, अध्ययन से पहले, उपयुक्त जांच अणु का सावधानीपूर्वक चयन आवश्यक है।

आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी का एक और आवेदन सब्सट्रेट और व्यावहारिक रुचि के एक या एक से अधिक एडोबेट के बीच बातचीत का अध्ययन करना है। इन मामलों में, विभिन्न प्रकार की चालें लागू की जाती हैं, जैसे जांच अणुओं के साथ सह-सोखने (सोखने वाली साइटों की प्रकृति की स्थापना के लिए), पूर्ण या आंशिक आइसोटोपिक प्रतिस्थापन (सतह प्रजातियों की संरचना के निर्धारण के लिए), बातचीत के साथ विभिन्न अभिकर्मक (प्रजातियों की प्रतिक्रियाशीलता स्थापित करने के लिए), चर-तापमान प्रयोग (एट्रोपी की गणना और सोखने की गणना के लिए), आदि।

अंत में, आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी का उपयोग मशीनी अध्ययन के लिए किया जाता है। इस तरह ओपेराडो स्पेक्ट्रोस्कोपी (वास्तविक प्रतिक्रिया परिस्थितियों में स्पेक्ट्रोस्कोपी)12,17,18लागू की जाती है। हालांकि, एक ठोस ज्ञान आधार पहले से ही सीटू प्रयोगों में प्राप्त किया जाना चाहिए ।

इस लेख में हम प्रोटोकॉल हम विभिन्न सामग्रियों के आईआर लक्षण वर्णन के लिए उपयोग का वर्णन और एक धातु कार्बनिक ढांचे (UIO-66) सामग्री पर पानी बढ़ाया सीओ2 अवशोषण का प्रदर्शन करके तकनीक की शक्ति वर्णन। प्रयोगों के लिए हमने निकोल्ट 6700 एफटीआईआर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग किया। स्पेक्ट्रा 2 सेमी-1के स्पेक्ट्रल संकल्प पर 64 स्कैन जमा करने के लिए पंजीकृत किया गया था ।

Protocol

1. यूआईओ-66 का संश्लेषण

नोट: यूआईओ-66 नमूना एक हाइड्रोथर्मल संश्लेषण के माध्यम से संश्लेषित किया गया था एक संशोधित नुस्खा के बाद कहीं और19की सूचना दी ।

  1. डिमेथिलफॉर्ममाइड के 4.5 एमएल में जिरकोनियम क्लोराइड के 0.28 ग्राम को भंग करें। फिर, एक और समाधान तैयार करें जिसमें 0.42 ग्राम टेरेप्थेलिक एसिड और 4.4 ग्राम बेंजोइक एसिड डिमिथाइलफॉर्ममाइड के 10 मीटर में शामिल हैं। 423 K के समाधान को गर्म करें, उन्हें एक पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन लाइन में खड़ा ऑटोक्लेव में मिलाएं और 24 घंटे के लिए 453 K पर एक पारंपरिक ओवन में रखें।
  2. प्रतिक्रिया के बाद, परिणामी क्रिस्टल 3x को सीएच3ओह से धोएं और फिर उन्हें 313 K पर सुखा लें।

2. छर्रों बनाना

  1. स्वयं का समर्थन छर्रों बनाना
    1. समान रूप से फैलाएं, एक ग्रिड का उपयोग करके, एक दबाने वाली सतह पर लगभग 20 मिलीग्राम नमूना पाउडर मर जाता है। यदि पाउडर धातु की सतह से चिपक जाता है, तो मरने के लिए चिपके अभ्रक या स्पष्ट पैकिंग टेप का उपयोग करें। पाउडर का सामना कर रहे पॉलिश पक्ष के साथ शीर्ष पर एक और मरने रखें। कई कोमल घूर्णन आंदोलनों के साथ नमूने का वितरण भी सुनिश्चित करें।
    2. इसके बाद दोनों सिलेंडरों को हाइड्रोलिक प्रेस में डालकर 02 टन प्रेशर लगा दें। करीब दो मिनट बाद धीरे-धीरे दबाव कम करें और सिलेंडरों को प्रेस से निकाल दें। यदि गोली नहीं बनती है, तो प्रक्रिया दोहराएं, उच्च दबाव लागू करें।
    3. स्केलपेल या ब्लेड का उपयोग करके, लगभग 10 मिमी x 10 मिमी के आयामों के साथ गोली के टुकड़े को काट दें। ज्यामितीय सतह और गोली के वजन को मापें।
      नोट: कुछ पाउडर टैबलेटिंग का विरोध करते हैं। यदि गोली टुकड़ों में है, तो टंगस्टन ग्रिड का उपयोगवाहक 20के रूप में किया जा सकता है। अन्य मामलों में, सोखने वाली साइटों की एकाग्रता बहुत अधिक है और सोखने वाली प्रजातियों के आईआर बैंड को सटीक रूप से मापा जाना बहुत तीव्र है। समाधान पदार्थ की छोटी मात्रा वाले एक गोली तैयार करना है। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, पदार्थ प्रारंभिक तैयार वेफर पर फैलाया जाता है जो आवश्यक आईआर क्षेत्रों में पारदर्शी होता है। वेफर सामग्री सिलिकॉन21 या केबीआर22हो सकती है । नीचे एक KBr वेफर पर फैले नमूने के साथ एक गोली बनाने के लिए इस तकनीक का वर्णन है।
  2. KBr समर्थित छर्रों बनाना
    1. पारंपरिक तकनीक से केबीआर पैलेट तैयार करें। दबाने के बाद, पिस्टन को डाई सेट से खींचें और केबीआर पैलेट पर समान रूप से नमूना पाउडर की वांछित मात्रा फैलाएं, फिर पिस्टन को वापस डाल दें। एक हाइड्रोलिक प्रेस के साथ गोली दबाएं।
      नोट: आईआर अध्ययनके लिए गोली की उपयुक्तता का प्रारंभिक नियंत्रण इसके आईआर स्पेक्ट्रम का विश्लेषण करके किया जाता है।

3. नमूने का प्रीट्रीटमेंट

  1. गोली की स्थिति
    1. गोली को नमूना धारक में रखें। नमूना धारक को आईआर सेल में रखें और नमूना को ओवन जोन के बीच में ले जाएं।
  2. वैक्यूम/सोखने उपकरण से कनेक्ट
    1. सेल को वैक्यूम/सोखने वाले उपकरण से कनेक्ट करें, इस मामले में 0.5 mL के बारे में ज्ञात मात्रा के साथ उनके बीच एक जलाशय रखदें। सिस्टम को खाली करें।
  3. 573 K पर नमूने की सक्रियता
    1. सक्रियण तापमान को 573 K में समायोजित करें, (2-5 K मिन-1की अनुशंसित हीटिंग दर)। फिर, 1 घंटे के लिए इस तापमान पर नमूना खाली करें।
      नोट: नमूना एक बाहरी भट्ठी द्वारा गर्म किया जाता है। प्रत्येक आईआर सेल के लिए हीटिंग तापमान को कैलिब्रेट करना होगा।
  4. आरटी में नमूने की सक्रियता
    1. आरटी में सक्रिय नमूना प्राप्त करने के लिए, बस इसे हीटिंग के बिना 1 घंटे के लिए खाली करें।
      नोट: सक्रियण एक साफ सतह प्राप्त करने के लिए करना है। सतह की स्थिति का नियंत्रण आईआर स्पेक्ट्रा के विश्लेषण के माध्यम से किया जाता है। यदि प्रक्रिया ने एक साफ सतह सुनिश्चित नहीं की है, तो सक्रियण को दोहराना आवश्यक है, संभवतः उच्च तापमान पर या लंबे समय तक।

4. नमूना स्पेक्ट्रम दर्ज

  1. पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम का पंजीकरण
    1. चुंबक का उपयोग करके, पैलेट को ओवन के बाहर ले जाएं और कमरे (या परिवेश) तापमान तक पहुंचने के लिए 10 न्यूनतम की प्रतीक्षा करें। उस समय के दौरान एक पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम रजिस्टर।
  2. एक नमूना स्पेक्ट्रम दर्ज
    1. गोली को आईआर बीम पथ पर ले जाएं और नमूना स्पेक्ट्रम(चित्रा 3)पंजीकृत करें।
      नोट: नमूना स्पेक्ट्रम पृष्ठभूमि के लिए प्रयोग किया जाता है जब सोखना अध्ययन प्रदर्शन । इसलिए, अच्छी गुणवत्ता वाले नमूना स्पेक्ट्रम प्राप्त करना पूरे प्रयोगों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। यदि स्पेक्ट्रम खराब गुणवत्ता और शोर का है, तो एक नया, पतला गोली तैयार करें।

5. कमरे के तापमान पर सीडी3सीएन के सोखना

  1. छोटी खुराक का क्रमिक सोखना
    1. सुनिश्चित करें कि नमूना आईआर बीम पथ पर स्थित है। इस मामले में एडोबेट की एक छोटी खुराक, अर्थात् 0.5 μmol, सेल में लागू करें। आईआर स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करें। फिर, एसोर्बेट की एक दूसरी (अगली) खुराक पेश करें और प्रक्रिया को दोहराएं। ऐसा तब तक करें जब तक स्पेक्ट्रम में कोई और बदलाव न हो जाए।
  2. सोखने वाले प्रजातियों की स्थिरता
    1. नमूना रिकॉर्डिंग स्पेक्ट्रा को तब तक खाली करें जब तक कि कोई और परिवर्तन न हो जाए। फिर, नमूना को 323 K के पूर्व निर्धारित तापमान के साथ ओवन में ले जाएं।
    2. इस तापमान पर 15 न्यूनतम निकासी के बाद, पैलेट को ओवन के बाहर रखें और परिवेश के तापमान तक पहुंचने के लिए 10 न्यूनतम का इंतजार करें। उस समय के दौरान एक ताजा पृष्ठभूमि स्पेक्ट्रम रजिस्टर। गोली को आईआर बीम पथ पर ले जाएं और नमूना स्पेक्ट्रम पंजीकृत करें।
    3. प्रारंभिक नमूना स्पेक्ट्रम के साथ एक स्पेक्ट्रम प्राप्त करने तक 50 K के चरणों के साथ ओवन तापमान में वृद्धि प्रक्रिया दोहराएं।

6. 100 K पर सीओ के सोखना

  1. नमूना ठंडा
    1. कम तापमान वाले प्रयोगों के दौरान सेल खिड़कियों के गहरे ठंडा होने से रोकने के लिए, सबसे पहले जल परिसंचरण प्रणाली को चालू करें। फिर सुनिश्चित करें कि नमूना आईआर बीम पथ पर स्थित है। सेल जलाशय को तरल नाइट्रोजन से भरें और पूरे प्रयोग के दौरान इसे भरा रखें।
  2. रिकॉर्डिंग कम तापमान स्पेक्ट्रा
    1. नमूना ठंडा करने के बाद, एक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करें। फिर इस विशेष मामले में सीओ, लगातार छोटी खुराक, 0.5 μmol प्रत्येक पर एडोबेट पेश करें। प्रत्येक खुराक के बाद एक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करें। 2 mbar के सीओ संतुलन दबाव के साथ प्रयोगों के इस सेट को समाप्त करें।
    2. फिर संतुलन के दबाव को कम करना शुरू करें, पहले कमजोर पड़ने से और फिर कम तापमान पर निकासी करके, फिर से स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड करके। प्रत्येक स्पेक्ट्रम में दबाव को चिह्नित करें।
  3. बढ़ते तापमान पर रिकॉर्डिंग स्पेक्ट्रा
    1. जब कोई और परिवर्तन नहीं होता है, तो जलाशय को तरल नाइट्रोजन के साथ भरना बंद कर दें और गतिशील वैक्यूम के तहत और बढ़ते तापमान पर स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड करें।
      नोट: कम तापमान पर दर्ज नमूने का स्पेक्ट्रम कमरे के तापमान पर पंजीकृत उस से थोड़ा अलग है। यह मध्यवर्ती तापमान पर नमूना स्पेक्ट्रम (घटाव के लिए इस्तेमाल) के साथ समस्याओं का कारण बनता है । आमतौर पर तापमान भिन्नता स्पेक्ट्रम की ढलान को थोड़ा बदल देती है, लेकिन यदि परिवर्तन गंभीर हैं, तो किसी को विभिन्न तापमानों पर एडोरबेट के बिना स्पेक्ट्रा रिकॉर्ड करना चाहिए और उन्हें उचित पृष्ठभूमि के रूप में उपयोग करना चाहिए। सभी कम तापमान वाले प्रयोगों के दौरान निरंतर तापमान सुनिश्चित करने के लिए, जांच अणु की शुरुआत से पहले सेल में सीए 1 mbar दबाव जोड़ें।

7. स्पेक्ट्रा का उपचार

  1. लोडिंग स्रोत स्पेक्ट्रा
    1. सोखने वाले पदार्थ (क), विज्ञापनों से पहले नमूना स्पेक्ट्रम (ख) और स्पेक्ट्रम (क) के समान दबाव/तापमान पर पंजीकृत गैस चरण एसोर्बेट (ग) का स्पेक्ट्रम लोड करें ।
  2. उपचार
    1. स्पेक्ट्रम (ख) को स्पेक्ट्रम (ए) से घटाएं। परिणामस्वरूप स्पेक्ट्रम से इंटरैक्टिव घटाव का उपयोग कर स्पेक्ट्रम घटाना (ग) । परिणामस्वरूप स्पेक्ट्रम सोखने वाले पदार्थ के स्पेक्ट्रम और नमूना पृष्ठभूमि में परिवर्तन का अधिरोपण है, जैसा कि चित्र4में भी दिखाया गया है। उदाहरण के लिए, इस क्षेत्र में 2200 और 2100 सेमी-1 के बीच एडोबेड सीओ के स्ट्रेचिंग मोड देखे जाते हैं जबकि हाइड्रोक्सिल स्ट्रेचिंग क्षेत्रों में α (OH) मोड के सह-प्रेरित बदलाव की निगरानी की जा सकती है।
  3. बढ़ाता
    1. सोखने वाली राशि की मात्रा निर्धारित करने के लिए (चित्रा 5देखें) एडसोर्बेड प्रजातियों के कारण चुने हुए बैंड के अभिन्न अवशोषण की गणना करें। सोखना बनाम एडोरबेट की शुरू की गई राशि या बनाम इसके संतुलन के दबाव को प्लॉट करें।

Representative Results

यहां हम यूआईओ-66 धातु कार्बनिक ढांचे की सीओ2 सोखने की क्षमता के पानी से प्रेरित वृद्धि पर परिणामों की रिपोर्ट करते हैं। संरचना की पुष्टि सहित गहन नमूना लक्षण वर्णन, कहीं और23की सूचना दी है ।

यूआईओ-66 की सक्रियता वांछित तापमान पर निकासी द्वारा किया गया था ताकि ऑक्सीडेटिव उपचार द्वारा MOF के कार्बनिक लिंकर्स को प्रभावित करने से बचा जा सके। परिवेश के तापमान पर निकासी के बाद पंजीकृत यूआईओ-66 के आईआर स्पेक्ट्रम(चित्रा 3)में लिंकर के कारण बैंड शामिल हैं, अवशिष्ट डाइमेथिलफॉर्ममाइड (1667 और 1096 सेमी-1),टेरेफ्थेलिक एसिड और एस्टर (1732 और 1704 सेमी-1),और अलग (3673 सेमी-1)और एच-बंधुआ (3500-3000 सेमी-1)संरचनात्मक ओह समूह। 573 K पर निकासी अवशिष्ट और संरचनात्मक हाइड्रोक्सील्स के लगभग पूर्ण गायब होने की ओर ले जाती है, यानी, इस पूर्वउपचार के बाद नमूना व्यावहारिक रूप से साफ और निर्जलित होता है।

कमरे के तापमान पर और ५७३ कश्मीर पर निकाले गए नमूनों की विशेषता जांच अणुओं (सीडी3सीएन और सीओ) द्वारा की गई थी । सीडी3सीएन के सोखने - एसिडिटी का आकलन करने के लिए एक जांच अणु - बस खाली नमूने पर 2276 और 2270 सेमी-1पर सी-एन स्ट्रेचिंग बैंड के माध्यम से ब्रैनस्टेड एसिड साइटों (हाइड्रोक्सिल समूह) के अस्तित्व का पता चलता है। साथ ही, ओह बैंड लाल 170 और 250 सेमी-1द्वारा स्थानांतरित कर दिया जाता है, जो कमजोर ब्रैनस्टेड एसिडिटी का संकेत देता है। 573 K पर सक्रिय नमूना के साथ, Brønsted अम्लता का संकेत बैंड व्यावहारिक रूप से अनुपस्थित हैं, जो मनाया नमूना dehydroxylation के अनुरूप है। हालांकि, Zr4 + लुईस एसिड साइटों पर सीडी3सीएन के कारण 2299 सेमी-1पर एक बैंड, मौजूद है(चित्रा 6)। अधिक जानकारी कहीं और23की सूचना दी जाती है ।

परिवेश के तापमान पर निकाले गए नमूने पर कम तापमान वाले सीओ सोखने(चित्र4)से पता चला सीओ ओह समूहों द्वारा 2153 सेमी-1 पर एक बैंड के माध्यम से ध्रुवीकृत (2136 और 2132 सेमी-1 पर अस्थिर बैंड शारीरिक रूप से एसोरबेड सीओ से जुड़े हैं)। इसके साथ ही, मूल ओह बैंड लाल 3676 से 3599 सेमी-1,यानी 77 सेमी-1द्वारा स्थानांतरित कर दिया जाता है, हाइड्रोक्सील्स की कमजोर अम्लता की पुष्टि करता है। 573 K पर निकाले गए नमूने के साथ, हाइड्रोक्सिल समूहों द्वारा सीओ ध्रुवीकृत होने के कारण एक बहुत कमजोर बैंड 2154 सेमी-1पर पाया गया, जो नमूने में कम हाइड्रोक्सिल एकाग्रता की पुष्टि करता है। महत्वपूर्ण बात यह है कि जेडआर4 + साइटों के लिए कोई सीओ समन्वित नहीं पाया गया । इस अवलोकन से पता चलता है कि लुईस एसिड साइटों की निगरानी केवल अपेक्षाकृत मजबूत ठिकानों द्वारा की जा सकती है, सीडी3सीएन के रूप में, शायद जेडआर4 + वातावरण में संरचनात्मक पुनः व्यवस्था के माध्यम से।

कार्बन डाइऑक्साइड (५० मीटर) ५७३ K पर खाली एक नमूने के संपर्क में रखा गया था । एसोर्बेड सीओ2 की निगरानी 2336 सेमी-1 (चित्रा 7)पर एंटीसममस्ट्री स्ट्रेचिंग मोड द्वारा की जाती है। 2325 सेमी-1 पर एक और कमजोर उपग्रह भी पंजीकृत था और तथाकथित "गर्म" सीओ2 संयोजन बैंड22के साथ जुड़ा हुआ था। फिर, पानी (सीए 1 mbar आंशिक दबाव) प्रणाली में शुरू किया गया था, जिसके कारण 2340 सेमी-1 पर एक उच्च आवृत्ति कंधे का क्रमिक विकास हुआ जो अंततः क्षेत्र में स्पेक्ट्रम पर हावी था। संगीत कार्यक्रम में, अलग के कारण बैंड (३६७३सेमी-1)और एच बंधुआ संरचनात्मक हाइड्रोक्सील्स (μ 3-OH-OCO adducts पर ३६४७सेमी-1 और μ3-OH-OH2 परिसरों पर ३३००सेमी-1)विकसित की गई । ध्यान दें कि 2336 सेमी-1 पर प्रारंभिक बैंड का कोई क्षरण नहीं पाया गया था, जो इंगित करता है कि, इसी तरह सीओ, सीओ2 573 K-सक्रिय नमूने पर जेडआर4 + साइटों के साथ परिसर बनाने में सक्षम नहीं है।

निष्कर्ष ों में, परिणाम बताते हैं कि जल वाष्प नमूने को हाइड्रोक्सिलेट करता है, संरचनात्मक हाइड्रोक्साइल समूह बनाते हैं जो सीओ2 सोखने वाली साइटों के रूप में कार्य करते हैं। यह अवलोकन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह (i) सबूत है कि सीओ2 सोखने आर्द्र वातावरण में बढ़ाया जा सकता है और (ii) इस घटना के तंत्र का पता चलता है ।

Figure 1
चित्रा 1: सोखने के अध्ययन के लिए सरल क्षैतिज ग्लास आईआर सेल। }सेल की तस्वीर। (ख)प्रकोष्ठ की योजना। नमूना गोली धारक में डाल दिया जाता है जिसे एक फेराइट ब्लॉक चुंबक (60 मिमी x 30 मिमी x 10 मिमी, मैग्नेटाइजेशन Y35) के साथ सेल के साथ ले जाया जा सकता है। स्थिति (1) नमूना ओवन में है और थर्मल उपचार की अनुमति देता है। स्थिति (2) मध्यवर्ती है और नमूना स्पेक्ट्रम दर्ज करने से तुरंत पहले नमूना और पंजीकरण पृष्ठभूमि तड़के की अनुमति देता है । स्थिति (3) में, स्पेक्ट्रम लेने के लिए आईआर बीम के लिए नमूना लंबवत तय किया जाता है। आईआर बीम के संचरण को सुनिश्चित करने के लिए, सेल आईआर पारदर्शी खिड़कियों से लैस है। सेल को वैक्यूम/एसोप्पशन डिवाइस से जोड़ा जा सकता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: कम तापमान आईआर सेल की योजना। आईआर बीम के रास्ते पर किसी स्थिति में सैंपल तय होने पर यह देवर से घिरा होता है जिसे लिक्विड नाइट्रोजन से भरा जा सकता है। देवर और सेल खिड़कियों के बीच एक पानी परिसंचारी प्रणाली है जिसका उद्देश्य खिड़की के तापमान को पर्याप्त ऊंचा रखना है (जल वाष्प के संघनन को रोकने के लिए)। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: UiO-66 के FTIR स्पेक्ट्रा। नमूना कमरे के तापमान (क) पर और ५७३ कश्मीर (बी) पर खाली कर दिया । 1732, 1704 और 1667 सेमी-1 पर बैंड कार्बनिक अवशेषों के कारण हैं और 573 K पर निकासी द्वारा हटा दिए जाते हैं। 3350 सेमी-1 पर बैंड कार्बनिक अवशेषों के लिए ओह समूहों एच-बंधुआ की विशेषता है। 3673 सेमी-1 पर बैंड संरचनात्मक μ3-ओहसमूहों से उठता है और व्यावहारिक रूप से 573 K पर निकासी के बाद गायब हो जाता है, नमूना dehydroxylation का संकेत है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: ठेठ अंतर स्पेक्ट्रम । यह स्पेक्ट्रम (क) कमरे के तापमान पर सक्रिय यूआईओ-66 पर कम तापमान वाले सीओ एडॉप्शन के बाद प्राप्त किया जाता है, जिसके बाद निकासी होती है। स्पेक्ट्रम में एडसोर्बेड सीओ (*के साथ चिह्नित) के कारण बैंड होते हैं, साथ ही नमूना स्वयं के स्पेक्ट्रम में परिवर्तन के कारण सकारात्मक (+के साथ चिह्नित) और नकारात्मक (साथ चिह्नित-) बैंड होते हैं। विशेष रूप से, 3676 और 3669 सेमी-1 पर नकारात्मक बैंड और 3599 सेमी-1 पर सकारात्मक बैंड μ3-hydroxyls के α (OH) के सह प्रेरित बदलाव दिखाते हैं, और बदलाव मूल्य ओह समूहों की अम्लता के लिए एक उपाय है। शीर्ष इनसेट कार्बोनिल खींच क्षेत्र में स्पेक्ट्रम (क) की तुलना एक स्पेक्ट्रम (ख) के साथ एक नमूना पूर्व के साथ अनुरूप परिस्थितियों में पंजीकृत 1 घंटे के लिए ५७३ K पर खाली कर दिया । बॉटम इनसेट कार्बोनाइल स्ट्रेचिंग क्षेत्र में स्पेक्ट्रम (क) की तुलना एक स्पेक्ट्रम (सी) के साथ करता है, जो सीओ के 1 मीटर संतुलन दबाव की उपस्थिति में पंजीकृत है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: पेश किए गए एसोरबेट की मात्रा बनाम किसी विशेष बैंड के अवशोषण की निर्भरता को दिखाने वाली विशिष्ट साजिश। एक्सपेरिमेंट (बिंदीदार लाइनें देखें) एसोर्बेट तेज दिखाती है। भूखंडों आईआर बैंड के विलुप्त होने गुणांक की गणना के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6: यूआईओ-66 पर सीडी3सीएन एडोरबेड का अंतर स्पेक्ट्रा। नमूना कमरे के तापमान (क) पर सक्रिय और 573 K (बी) पर सक्रिय। 2299 सेमी-1 पर बैंड Zr4 +-NCCD3 परिसरों के कारण है, 2276 और 2270 सेमी-1 ओह-NCCD3 प्रजातियों के लिए, और 2260 सेमी-1 पर शारीरिक रूप से adsorbed सीडी3CN के लिए। ओह-एनसीसीडी3 प्रजातियों का गठन μ3-OHबैंड के 3673 से 3423 सेमी-1तक के बदलाव से भी दिखाई देता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: पानी यूआईओ-66 पर सीओ2 सोखने में वृद्धि हुई। सीओ2 (50 mbar संतुलन दबाव) के FTIR स्पेक्ट्रा यूआईओ-66 पर एसोर्डेड 573 K (क) पर सक्रिय और सिस्टम (बी-ई) में जल वाष्प (1 मबार संतुलन दबाव) की शुरुआत के बाद स्पेक्ट्रा के समय विकास। 2340 सेमी-1 पर विकसित नया बैंड ओह-ओसीओ adducts के कारण है और नमूना हाइड्रोक्सिलेशन के अनुरूप है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Discussion

प्रारंभिक कदम, नमूना गोली की तैयारी, पूरे प्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है। अगर गोली मोटी है तो स्पेक्ट्रा शोर होता है, जो उनके विश्लेषण में बाधा डालता है। ध्यान दिया जाना चाहिए जब एक गोली है कि आत्म समर्थन नहीं है का उपयोग कर । इस मामले में, यह सुनिश्चित करने के लिए विशेष सावधानी बरती जानी चाहिए कि सहायक वेफर और नमूना या एडोरबेट्स के बीच कोई बातचीत न हो। प्रक्रिया का एक और महत्वपूर्ण कदम उचित नमूना सक्रियण है। सक्रियण की स्थिति नमूना प्रकृति और प्रयोगों के उद्देश्य ों पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीडेटिव प्रीट्रीटमेंट कुछ नमूनों को नष्ट कर सकता है, क्योंकि धातु-कार्बनिक और सहसंयोजक-कार्बनिक ढांचे समर्थित धातुओं को ऑक्सीकरण कर सकते हैं। उच्च सक्रियण तापमान नमूना सिंटरिंग या संरचना पतन के लिए नेतृत्व कर सकते हैं। इस दृष्टिकोण से, कुछ मामलों में पैलेट बनाने से पहले रासायनिक उपचार द्वारा विदेशी प्रजातियों को हटाना लागू किया जाता है।

Deuterated एसीटोनिट्रिल (सीडी3CN) और सीओ जांच अणुओं व्यापक रूप से सतह अम्लता8,9मापने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं । सीडी3CN एसिड साइटों के लिए बाध्य है (दोनों लुईस और Brønsted) अपने नाइट्रोजन परमाणु8के माध्यम से । धातु के करण के समन्वय पर, सी-एन मोड (गैस चरण में 2263 सेमी-1) उच्च आवृत्तियों (2335 सेमी-1तक) में बदलाव करते हैं और लुईस साइटों की अम्लता के साथ बदलाव बढ़ता है। सीडी3सीएन को एच-बॉन्ड के माध्यम से हाइड्रोक्साइल समूहों के लिए बंधुआ किया जाता है और सी-एन मोड आमतौर पर 2300-2270 सेमी-1के क्षेत्र में मनाए जाते हैं: आवृत्ति जितनी अधिक होती है, एच-बॉन्ड उतना ही मजबूत होता है। इस मामले में α (OH) मोड लाल स्थानांतरित कर रहे हैं और बदलाव का मूल्य हाइड्रोक्सील्स की अम्लता का एक मात्रात्मक उपाय है। कार्बन मोनोऑक्साइड को सतह धातु या सीनिक साइटों के लिए समन्वित किया जाता है और α (CO) आवृत्ति केंद्र9के ऑक्सीकरण और समन्वय स्थिति के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है। डी0 धातु के cations के साथ, गैस चरण आवृत्ति (2143 सेमी-1)के संबंध में नीले रंग की स्थानांतरित कर दिया जाता है और बदलाव मूल्य कांसेशन एसिडिटी के आनुपातिक है। जब एच-बॉन्ड के माध्यम से हाइड्रोक्सिल समूहों से बंधे होते हैं, तो सीओ α (OH) मोड के लाल बदलाव का कारण बनता है और हाइड्रोक्सिल की अम्लता के उपाय के रूप में उपयोग किया जाता है।

एक बहुत महत्वपूर्ण मुद्दा वैक्यूम/गैस कई गुना प्रणाली का उचित कार्यात्मककरण है । सिस्टम में हवा में प्रवेश करने से नमूना और आंशिक या यहां तक कि सोखने वाली साइटों के पूर्ण अवरुद्ध पर पानी का संचय हो सकता है। कम नमूनों के साथ, फिर से ऑक्सीकरण हो सकता है। एसोर्बेट्स की शुद्धता भी बहुत महत्वपूर्ण है। कभी-कभी, अशुद्धियों के निशान परिणामों को प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन सोखने आम तौर पर कमजोर होता है और कम तापमान पर भी उच्च एच2 संतुलन दबाव लागू होते हैं। यहां तक कि एन2 अशुद्धियों के पीपीएम का स्तर स्पेक्ट्रा को दृढ़ता से प्रभावित कर सकता है क्योंकि आम तौर पर एन2 अधिक दृढ़ता से उन्हीं साइटों से बंधा होता है जहां हाइड्रोजन को सोखलिया जाता है। कम तापमान प्रयोगकरते समय, कुछ पानी ऑप्टिकल खिड़कियों की बाहरी सतह पर गाढ़ा हो सकता है। यह ओह खींच क्षेत्र में विश्लेषण में बाधा या विकृत हो सकता है, हाइड्रोक्सिल समूहों की अम्लता के बारे में जानकारी दे रही है । यदि, किसी कारण से, तकनीकी समस्या का समाधान नहीं किया जा सकता है, तो इस तथ्य के आधार पर कि ओडी क्षेत्र ओह क्षेत्र से बहुत दूर है, इस तथ्य के आधार पर अयूटेड नमूनों का उपयोग करके प्रयोग जारी रख सकता है। उन मामलों में भी अपक्षय लागू किया जा सकता है जहां नमूना ओह क्षेत्र में अपारदर्शी है। सोखने (एंट्रोपी, एंथली) की ऊर्जावान विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए, किसी को चर-तापमान प्रयोग करना चाहिए जहां नमूना तापमान की सटीक माप आवश्यक24है।

एक खुराक द्वारा शुरू की गई गैस एसोरबेट की मात्रा को इसके दबाव से और जलाशय की मात्रा को जानकर समायोजित किया जा सकता है। एसोरबेट घनत्व की गणना करने के लिए, किसी को गोली के द्रव्यमान और सामग्री के विशिष्ट सतह क्षेत्र को जानने की आवश्यकता है। सोखने ज्ञात खुराक ों का क्रमिक सोखना सोखने की मात्रा की अनुमति देता है। अवशोषण बनाम सोखने वाली राशि का एक विशिष्ट कथानक चित्र4में दिखाया गया है। यह विलुप्त होने गुणांक की गणना और नमूना वजन के ज्ञान के साथ सोखना साइटों की संख्या की अनुमति देता है। हालांकि, खुराक सोखने का प्रदर्शन अक्सर तथाकथित दीवार-प्रभाव के साथ होता है। संक्षेप में, एसोर्बेट नमूना सतह पर समान रूप से वितरित नहीं किया जाता है लेकिन पहले गोली की ज्यामितीय सतह से कणों को संतृप्त करता है। इसलिए, हताश प्रयोगों से स्पेक्ट्रा संतुलन राज्यों के लिए अधिक प्रतिनिधि हैं ।

सीटू ट्रांसमिशन आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में एक बहन तकनीक डिफ्यूज रिफ्लेक्नेस स्पेक्ट्रोस्कोपी (ड्रिफ्ट्स) है। हालांकि यह अनिवार्य रूप से एक ही जानकारी प्रदान करता है, बहाव मात्रात्मक अध्ययन के लिए इतना सुविधाजनक नहीं है । इसके अलावा, बहाव आमतौर पर गैस प्रवाह में किया जाता है। यह एक फायदा हो सकता है, क्योंकि प्रयोग वास्तविक लोगों के समान स्थितियों पर किए जाते हैं, लेकिन नमूना सतह पर अशुद्धियों के संचय का जोखिम भी लाता है। ट्रांसमिशन आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी वास्तविक परिस्थितियों (जैसे ओपेराडो स्पेक्ट्रोस्कोपी) में भी किया जा सकता है।

निष्कर्ष में, सीटू आईआर स्पेक्ट्रोस्कोपी में विभिन्न सतहों और सोखने वाली साइटों की प्रकृति और गुणों पर मूल्यवान जानकारी प्रदान करता है। यह ठोस और विशेष गैसों के बीच बातचीत की विधि को भी प्रकट कर सकता है। हालांकि, तकनीक अक्सर कुछ महत्वपूर्ण विशेषताओं जैसे ठोस की संरचना, कुछ साइटों के स्थान आदि के बारे में स्पष्ट जानकारी नहीं दे पाती है। यही कारण है कि अन्य तकनीकों के साथ संयोजन की सिफारिश की जाती है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को बल्गेरियाई शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय (अनुबंध DO1-214/28.11.2018) द्वारा राष्ट्रीय अनुसंधान कार्यक्रम "परिवहन और घरेलू उपयोग के लिए कम कार्बन ऊर्जा-ईप्लस" डीसीएम #577/17.08.2018 द्वारा अनुमोदित के तहत समर्थित किया गया था । आर हौग और एफ शुल्ज-विस्चेलर द्वारा आयोजित हनोवर स्कूल फॉर नैनोटेक्नोलॉजी (एचएसएन) का आभारी है ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetonitrile-D3 Uvasol, Merck 1.13753.0009 99.69% deuteration degree (for NMR spectroscopy)
Benzoic acid Sigma Aldrich 242381-500G C7H6O ≥99.5%
Carbon dioxide Linde Gaz Magyarorszad GA 473 99.9993% purity
Carbon monoxide Merck-Schuchardt 823271 99.5% purity
Ethanol Carl Roth 9065.1 99.8%
Glass sample holder Self-made
HiCube80 Eco Turbo Pumping Station including HiPace 80 Turbo Pump, MVP 015 Diaphragm Vacuum Pump and DCU 002 Control Unit Pfeiffer Vacuum PM S74 150 00
Horizontal glass IR cells for adsorption studies Self-made
Methanol Carl Roth 4627.5 ≥99.9%
N,N-Dimethylformamide Sigma Aldrich 33120-2.5L-M 99.8%
Nicolet 6700 FTIR spectrometer Thermo Scientific USA
Specac Atlas Manual 15T Hydraulic Press Specac GS 15011
Terephthalic acid Sigma Aldrich 185361-100G 98%
UIO-66 Synthesized at Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Leibniz Universität Hannover, Germany
Vacuum valve Ellipse Labo 248.904 90° branches, Ø 0-4 mm
Vacuum valve Ellipse Labo 248.910 90° branches, Ø 0-10 mm
Zirconium(IV) chloride Sigma Aldrich 357405-10G Anhydrous, 98%

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References

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