في الموقع التحليل الطيفي FTIR كأداة للتحقيق في الغاز/ التفاعل الصلب: امتصاصثاني أكسيد الكربون المحسن بالماء في إطار UiO-66 المعدني العضوي
Summary
ويرد وصف لاستخدام التحليل الطيفي FTIR للتحقيق في الخصائص السطحية للمواد الصلبة المتعددة البلورات. وتناقش إعداد عينات الكريات، وإجراءات التنشيط، وتوصيف مع جزيئات التحقيق ودراسات نموذج من امتصاص CO2.
Abstract
في الموقع الطيفي الأشعة تحت الحمراء هو أداة رخيصة وحساسة للغاية، وقيمة انتقائية للتحقيق في التفاعل بين المواد الصلبة المتعددة البلورات مع الامتصاصات. توفر الأطياف الاهتزازية معلومات عن الطبيعة الكيميائية للأنواع الممتزة وبنيتها. وبالتالي ، فهي مفيدة جدا للحصول على فهم المستوى الجزيئي للأنواع السطحية. الطيف الأشعة تحت الحمراء من العينة نفسها يعطي بعض المعلومات المباشرة حول المواد. ويمكن استخلاص استنتاجات عامة بشأن مجموعات الهيدروكسيل، وبعض الأنواع السطحية المستقرة والشوائب. ومع ذلك، فإن طيف العينة “أعمى” فيما يتعلق بوجود الأيونغير المشبعة بشكل منسق ويعطي معلومات ضعيفة إلى حد ما عن حموضة الهيدروكسيل السطحي، والأنواع الحاسمة للامتزاز والخصائص الحفازة للمواد. وعلاوة على ذلك، لا يمكن التمييز بين الأنواع السائبة والسطحية. يتم حل هذه المشاكل عن طريق استخدام جزيئات التحقيق ، والمواد التي تتفاعل على وجه التحديد مع السطح . إن تغيير بعض الميزات الطيفية لهذه الجزيئات نتيجة للامتزاز يوفر معلومات قيمة حول طبيعة المواقع السطحية وخصائصها وموقعها وتركيزها وما إلى ذلك.
ويشمل البروتوكول التجريبي لدراسات الأشعة تحت الحمراء في الموقع لتفاعل الغاز/العينة إعداد بيليه عينة، وتنشيط المادة، والتوصيف الطيفي الأولي من خلال تحليل أطياف الخلفية، والتوصيف بواسطة جزيئات المسبار، ودراسة التفاعل مع مجموعة معينة من خلائط الغاز. في هذه الورقة نحقق في إطار عضوي معدني زيركونيوم terephthalate، Zr6O4(OH)4(BDC)6 (BDC = البنزين-1،4-dicarboxylate)، وهي UiO-66 (UiO يشير إلى جامعة أوسلو). يتم تحديد المواقع الحمضية لعينة UiO-66 باستخدام CO و CD3CN كمسابير جزيئية. وعلاوة على ذلك، فقد أثبتنا أن ثاني أكسيد الكربون2 مُزوَّز على المواقع الأساسية المكشوفة على موقع UiO-66 المزيل للهيدروكسية. إدخال المياه إلى النظام تنتج مجموعات الهيدروكسيل تعمل كمواقع امتصاص CO2 إضافية. ونتيجة لذلك، يتم تعزيز قدرةامتصاص ثاني أكسيد الكربون 2 للعينة بقوة.
Introduction
الامتزاز والحفز غير المتجانس هي العمليات التي هي مهمة لمجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية1،2. تحدث هذه العمليات على الأسطح الصلبة ، وبالتالي فإن التوصيف التفصيلي لهذه الأسطح أمر حاسم لفهم العمليات والتصميم الرشيد للمواد الفعالة الجديدة. لضمان كفاءة عالية، والمواد الممتزة والمواد الحفازة عادة ما تمتلك مساحة سطح محددة عالية وعادة ما تطبق في شكل مساحيق بيليه. وصف هذه المواد هو الهدف البحثي الرئيسي الذي يمكن تحقيقه باستخدام التقنيات التحليلية المختلفة.
دون أي شك، في الموقع الطيفي الأشعة تحت الحمراء هي واحدة من الطرق الأكثر استخداما لدراسة المركبات السطحية2،3،4،5،6،7،8،9،10،11. تتوافق المنطقة الطيفية بالأشعة تحت الحمراء مع الاهتزازات بين الذرات ، والتي تعتمد على تماثل الجزيئات ، وقوة الروابط ، وكتلة الذرات ، والثوابت الجزيئية الأخرى. ولذلك، فإن أطياف الأشعة تحت الحمراء تحتوي على معلومات غنية عن بنية وتماثل الجزيئات الممتزة وعلى التفاعلات الممتزة والامتزبة. من خلال دراسة الامتزاز من المركبات المختارة بشكل مناسب (ما يسمى جزيئات التحقيق) ، فمن الممكن الحصول على معلومات غنية عن بنية والتركيب الكيميائي للسطح ، وطبيعة ، والحموضة أو الأساسية للمواقع النشطة ، وحالة الأكسدة والتنسيق من الكتيبات الموجودة على السطح ، والحموضة لمجموعات الهيدروكسيل ، وما إلى ذلك3،4،5،6،7،8،9 ،10،11. عن طريق التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء ، يمكن تحديد مسارات التحول الكيميائي للجزيئات على السطح ومجموعة متنوعة من وسيطات التفاعل ، وهو شرط أساسي لتوضيح آليات التفاعلات الحفازة. يستخدم في الغالب وضع انتقال الأشعة تحت الحمراء، ولكن في الموقع منتشر عاكسالأشعة تحت الحمراء الطيفية يستخدم أيضا، وعلى الرغم من أن استنادا إلى بروتوكول تجريبي مختلف، ويعطي معلومات مشابهة جدا12،13،14،15،16. عادة ما يتم الجمع بين التحليل الطيفي الأشعة تحت الحمراء مع تقنيات تكميلية أخرى تسمح بالحصول على معلومات أكثر عمقا.
بشكل عام ، هناك سببان لدراسة المركبات السطحية. أولاً، يتم استخدام الامتزاز من المسابير الجزيئية لتوصيف سطح مادة معينة. ثانياً، يُلتمس الحصول على معلومات عن عملية معينة تنطوي على الامتزاز. وغالبا ما تدرس آليات ردود الفعل الحفازة بهذه الطريقة. وتجدر الإشارة إلى أن الحالتين لا يمكن تمييزهما بدقة، وفي دراسة عملية امتزاز معينة، يمكن الحصول على المعلومات على سطح الممتز ة وعلى آلية التفاعل الحفاز.
ويتطلب الكشف الطيفي للأنواع السطحية أن يكون تركيزها عاليا بما فيه الكفاية في مسار شعاع الأشعة تحت الحمراء. يمكن تحقيق التركيز الأمثل للمركبات الممتزة باستخدام بيليه ذاتي الدعم للعينة التي تحتوي على حوالي 2-10 ملغ سم-2 من المادة. الكريات سمكا هي مبهمة عمليا لشعاع الأشعة تحت الحمراء، في حين أن صنع واستخدام أقراص أرق لديه صعوبات تقنية.
يتم إعداد الكريات لدراسات الأشعة تحت الحمراء عن طريق ضغط مسحوق العينة بين يموت على نحو سلس بصريا من عينة ما قبل الأرض. عادة ، تتميز بشفافية عالية في منطقة الأشعة تحت الحمراء ولها خصائص ميكانيكية جيدة.
في بعض الحالات، فإنه لا يمكن إعداد بيليه الذي هو رقيقة (شفافة) بما فيه الكفاية. ثم، يتم استخدام الناقل: شبكة معدنية، والسيليكون أو رقاقة KBr. عند استخدام KBr ، يجب توخي الحذر لأنه يمكن أكسدة بسهولة إما عن طريق العينة (إذا كانت تمتلك خصائص مؤكسدة) أو عن طريق بعض الامتصاصات (على سبيل المثال NO2)10.
عادة ، والشوائب العضوية ، والمياه الممتزة ، والكربونات ، وما إلى ذلك موجودة على سطح الممتزات كما أعدت والمواد الحفازة. لذلك ، يجب تنظيف السطح قبل القياسات. ويتحقق ذلك عن طريق التنشيط، الذي يتكون عادة من مرحلتين: ‘1’ معالجة الأكسدة الحرارية (التي تهدف إلى أكسدة الملوثات العضوية) و (2) المعالجة الحرارية فراغ (موجهة أساسا لإزالة المياه الممتزة والشوائب مثل بيكربونات، كربونات، نترات، الخ). عادة، درجات حرارة التنشيط تتراوح بين 573 و 773 K. في بعض الحالات الخاصة، يمكن إجراء التنشيط حتى في درجة حرارة الغرفة. بالنسبة لبعض المواد المحددة (المعادن المدعومة، الأطر المعدنية العضوية)، يتم حذف علاج الأكسدة الحرارية لأنه يمكن أن يؤثر على العينة.
وكقاعدة عامة، يتم تنفيذ التنشيط عينة في الموقع في الخلايا فراغ الغرض. تستخدم المختبرات المختلفة خلايا ذات تصاميم مختلفة ومصنوعة من مواد مختلفة (المعادن والزجاج والكوارتز) ، ولكن مع عدد من الميزات المشتركة. ويرد مثال على خلية الأشعة تحت الحمراء الزجاج بسيطة على الشكل 1. يتم وضع بيليه العينة في حامل المحمول الذي لديه موقفين الأساسية. في الموضع الأول يؤمن الحامل البيلية عموديًا على شعاع الأشعة تحت الحمراء. في هذا الجزء ، تم تجهيز الخلية بنوافذ من مواد شفافة إلى الأشعة تحت الحمراء (عادة KBr أو CaF2). في الموضع الثاني ، يؤمن الحامل العينة في منطقة التدفئة. في هذه المنطقة، تتضمن الخلية فرن خارجي. يتم إنجاز حركة بيليه من مكان إلى آخر عن طريق مغناطيس أو سلسلة معدنية (للإنشاءات الرأسية). كما توفر الخلايا إمكانية تثبيت الكريات في وضع متوسط خارج الفرن ومنطقة شعاع الأشعة تحت الحمراء ، مما يسمح بسهولة تسجيل طيف الخلفية مع تبريد العينة وصولاً إلى درجة حرارة الغرفة. في مختبرنا نستخدم الخلايا الأفقية. يمنع هذا التصميم الإفراج العرضي عن حامل العينة، مما قد يؤدي إلى كسر العينة وحتى الخلية.
في كثير من الحالات ، من الضروري إجراء الامتزاز في درجة حرارة منخفضة. لهذا الغرض ، يتم استخدام الخلايا ذات درجة الحرارة المنخفضة التي يتم فيها تبريد الحجم حول العينة ، عندما يكون في مسار شعاع الأشعة تحت الحمراء ، بالنيتروجين السائل(الشكل 2). من أجل حماية نوافذ الخلية من تكاثف الماء من الهواء ، يتم تطبيق حاجز حراري (على سبيل المثال من الماء المتداول باستمرار) بينها وبين منطقة التبريد. وفي بعض الحالات الأخرى، ينبغي أن يتم الامتصاص في درجات حرارة عالية، باستخدام خلايا الأشعة تحت الحمراء المصنوعة لهذا الغرض. وترتبط خلايا الأشعة تحت الحمراء دائما ً ارتباطاً مباشراً بنظام فراغ/غاز متعدد، مما يسمح بإجراء تجارب الامتزاز في الموقع.
أحد أوجه القصور الرئيسية في التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء في دراسة الأنواع السطحية هو وجود مناطق طيفية تكون فيها العينات معتمة بسبب امتصاصها الخاص. عندما تقع أوضاع اهتزازية من المركبات الممتزة في هذه المناطق ، لا يمكن تسجيلها.
الطيف الأشعة تحت الحمراء من العينة نفسها يعطي بعض المعلومات المباشرة حول المواد. في الحالات الأكثر ملاءمة ، يمكن استخلاص استنتاجات عامة بشأن مجموعات الهيدروكسيل السطحي وبعض الأنواع السطحية المستقرة ، مثل الكبريتات ومجموعات الثيران والمراحل الأجنبية ، إلخ. ومع ذلك ، فإن طيف الأشعة تحت الحمراء للعينة “أعمى” فيما يتعلق بوجود الأيون غير المشبعة بشكل منسق ويعطي معلومات نادرة حول حموضة مجموعات الهيدروكسيل السطحي ، ولكل من النوعين دور حاسم في الامتزاز والخصائص الحفازة للمواد. وعلاوة على ذلك، لا يمكن التمييز بين الأنواع السائبة والسطحية. يتم حل هذه المشاكل عن طريق استخدام جزيئات التحقيق. هذه هي المواد التي تتفاعل على وجه التحديد مع السطح; إن تغيير خصائصها الطيفية نتيجة للامتزاز يوفر معلومات غير مباشرة حول طبيعة المواقع السطحية وخصائصها وموقعها وتركيزها وما إلى ذلك. وتصنف جزيئات المسبار إلى عدة مجموعات، على سبيل المثال، لتحديد حموضة السطح أو الأساس، وتحديد حالة الأكسدة من التكبيدغير المشبعة التنسيقية وعدد الشواغر التنسيقية، والحصول على معلومات عن إمكانية الوصول إلى المواقع السطحية وموقعها، وما إلى ذلك. هناك العديد من المتطلبات الأساسية لجزيئات المسبار7،8: (1) المجموعة الوظيفية أو الذرة التي يرتبط بها الجزيء بالسطح يجب أن تكون معروفة جيدًا ، (2) يجب أن يكون للجزيء طابع حمضي أو أساسي واضح ، (3) يجب أن يرتبط الجزيء بنفس النوع من مواقع الامتزاز ويجب أن يكون لأنواع السطح المتشكلة نفس الهيكل ؛ ‘4’ ينبغي أن تكون مجمعات الامتزاز مستقرة بما فيه الكفاية، ‘5’ ينبغي أن يمتلك الجزيء بارامترات طيفية (التردد، الانقسام الطيفي، التحول الطيفي) حساسة بما فيه الكفاية للممتلكات السطحية التي يتعين تحديدها؛ ‘٦’ في حالة امتصاص الجزيئات في أكثر من نوع واحد من المواقع، من الضروري أن يمكن التمييز بشكل موثوق بين مجمعات الامتزاز المختلفة على أساس خصائصها الطيفية؛ ‘7’ ينبغي أن تندرج البارامترات الطيفية الإعلامية داخل المنطقة التي تتسم فيها العينة بالشفافية؛ ‘8’ ينبغي أن تتسم نطاقات امتصاص المجمعات السطحية بكثافة عالية بما فيه الكفاية، و(9) لا ينبغي للجزيء أن يعدل السطح كيميائيا. لا يوجد عمليا أي مركب يمكن أن تلبي جميع المتطلبات المذكورة أعلاه. لذلك ، قبل الدراسة ، من الضروري الاختيار الدقيق لجزيء مسبار مناسب.
تطبيق آخر من التحليل الطيفي الأشعة تحت الحمراء هو دراسة التفاعل بين الركيزة وواحد أو أكثر من adsorbates من الفائدة العملية. في هذه الحالات ، يتم تطبيق مجموعة متنوعة من الحيل ، مثل الامتصاص المشترك مع جزيئات التحقيق (لتحديد طبيعة مواقع الامتزاز) ، والبدائل النظائرية الكاملة أو الجزئية (لتحديد بنية الأنواع السطحية) ، والتفاعل مع الكواشف المختلفة (لتحديد التفاعل من الأنواع)، والتجارب ذات درجة حرارة متغيرة (لحساب الانتروبيا وenthalpy من الامتزاز)، الخ.
وأخيراً، يتم استخدام التحليل الطيفي الأشعة تحت الحمراء للدراسات الآلية. وبهذه الطريقة يتم تطبيق التحليل الطيفي operando (الطيف في ظروف رد الفعل الحقيقي)12،17،18. ومع ذلك، يجب الحصول مسبقا على قاعدة معرفية متينة من خلال التجارب الموقعية.
في هذه المقالة نحن وصف البروتوكول الذي نستخدمه لتوصيف الأشعة تحت الحمراء من مواد مختلفة وتوضيح قوة هذه التقنية من خلال إظهار امتصاص CO2 المعزز بالماء على إطار معدني عضوي (UiO-66) المواد. للتجارب استخدمنا مطياف نيكولت 6700 FTIR. تم تسجيل الأطياف تراكم 64 بمسح في قرار الطيفية من 2 سم-1.
Protocol
Representative Results
Discussion
الخطوة الأولى ، وإعداد بيليه العينة ، أمر بالغ الأهمية للتجارب بأكملها. إذا كانت الكريات سميكة ، فإن الأطياف صاخبة ، مما يعوق تحليلها. وينبغي إيلاء الاهتمام عند استخدام بيليه التي لا تعتمد على نفسها. في هذه الحالة ، يجب توخي الحذر بشكل خاص لضمان عدم حدوث تفاعل بين الرقاقة الداعمة والعينة أو الامتصاصات. خطوة أخرى حرجة من الإجراء هو تنشيط عينة المناسبة. تعتمد شروط التنشيط على طبيعة العينة وعلى أهداف التجارب. فعلى سبيل المثال، يمكن أن تدمر المعالجة المسبقة التأكسدية بعض العينات، لأن الأطر المعدنية العضوية والعضوية العضوية العضوية يمكن أن تتأكسد المعادن المدعومة. يمكن أن يؤدي ارتفاع درجة حرارة التنشيط إلى تلبد العينة أو انهيار الهيكل. في وجهة النظر هذه ، يتم تطبيق إزالة الأنواع الأجنبية عن طريق المعالجة الكيميائية قبل صنع بيليه في بعض الحالات.
Deuterated acetonitrile (CD3CN) وCO هي جزيئات التحقيق تستخدم على نطاق واسع لقياس حموضة السطح8،9. CD3CN ملزمة لمواقع حمض (كل من لويس وBrønsted) عن طريق ذرة النيتروجين8. عند التنسيق مع التكيّف المعدني، تتحول أوضاع C-N (2263 سم-1 في مرحلة الغاز) إلى ترددات أعلى (تصل إلى 2335 سم-1)ويزداد التحول مع حموضة مواقع لويس. يرتبط CD3CN بمجموعات الهيدروكسيل من خلال H-bond وعادة ما يتم ملاحظة أوضاع C-N في منطقة 2300-2270 سم-1:كلما ارتفع التردد ، كلما كان السندات H أقوى. في هذه الحالة يتم تحويل أوضاع (OH) الحمراء وقيمة التحول هو مقياس كمي لحموضة الهيدروكسيل. يتم تنسيق أول أكسيد الكربون إلى مواقع المعادن السطحية أو الموجبة وتردد (CO) حساس ة للغاية لحالة الأكسدة والتنسيق للمركز9. مع d0 التعاميم المعدنية، هو تردد (CO) الأزرق تحول فيما يتعلق تردد مرحلة الغاز (2143 سم-1)وقيمة التحول يتناسب مع حموضة المكس. عندما ملزمة مجموعات الهيدروكسيل عن طريق H-السندات، CO يسبب تحول أحمر من أوضاع (OH) وتستخدم قيمة (OH) كمقياس لحموضة الهيدروكسيل.
وثمة مسألة هامة جدا هي التشغيل السليم لنظام فراغ / الغاز متعدد. ويمكن أن يؤدي دخول الهواء إلى النظام إلى تراكم المياه على العينة والحجب الجزئي أو حتى الكامل لمواقع الامتزاز. مع انخفاض العينات، يمكن أن تحدث إعادة الأكسدة. نقاء المتز اتّهم أيضا جدّا. في بعض الأحيان ، يمكن أن تؤثر آثار الشوائب على النتائج. على سبيل المثال، امتصاص الهيدروجين عادة ما يكون ضعيفاً ويتم تطبيق ضغط اتزان H2 العالي حتى في درجة حرارة منخفضة. حتى مستويات جزء في المليون من الشوائب N2 يمكن أن تؤثر بقوة على الأطياف لأن عادة N2 يرتبط بقوة أكبر لنفس المواقع حيث يتم امتصاص الهيدروجين. عند إجراء تجارب درجات حرارة منخفضة، يمكن أن تتكثف بعض المياه على السطح الخارجي للنوافذ البصرية. وهذا يمكن أن يعوق أو يشوه التحليل في منطقة تمتد OH، وإعطاء معلومات عن حموضة مجموعات الهيدروكسيل. إذا، لسبب ما، لا يمكن حل المشكلة التقنية، يمكن للمرء أن يستمر في التجربة باستخدام عينات deuterated على أساس حقيقة أن منطقة OD تقع بعيداً عن منطقة OH. ويمكن أيضاً تطبيق الإزالة في الحالات التي تكون فيها العينة مبهمة في منطقة OH. من أجل الحصول على خصائص حيوية من الامتزاز (entropy، enthalpy)، ينبغي للمرء أن إجراء تجارب درجة الحرارة المتغيرة حيث القياس الدقيق لدرجة حرارة العينة أمر ضروري24.
ويمكن تعديل كمية امتصاص الغاز التي أدخلتها جرعة واحدة عن طريق ضغطها ومعرفة حجم الخزان. لحساب كثافة الامتصاص ، يحتاج المرء إلى معرفة كتلة بيليه ومساحة سطح محددة من المواد. الامتصاص المتعاقب للجرعات المعروفة للامتزاز يسمح بالقياس الكمي للامتزاز. تظهر قطعة نموذجية من كمية الامتصاص مقابل الامتصاص في الشكل 4. وهو يسمح بحساب معامل الانقراض وعدد مواقع الامتزاز مع معرفة وزن العينة. ومع ذلك ، غالبا ما يصاحب أداء الامتزاز المبأسي ما يسمى تأثير الجدار. باختصار ، لا يتم توزيع المتزات بشكل موحد على سطح العينة ولكن أولاً تشبع الجسيمات من السطح الهندسي للبيليه. لذلك ، فإن الأطياف من تجارب الامتزاز هي أكثر تمثيلا لدول التوازن.
تقنية شقيقة للتنظير الطيفي الأشعة تحت الحمراء في الموقع هو التحليل الطيفي للانعكاس المنتشر (DRIFTS). على الرغم من أنه يوفر أساسا نفس المعلومات، DRIFTS ليست مريحة جدا للدراسات الكمية. بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما يتم تنفيذ DRIFTS في تدفق الغاز. يمكن أن يكون هذا ميزة ، لأن التجارب يتم إجراؤها في ظروف مماثلة للتجارب الحقيقية ، ولكنها تجلب أيضًا خطر تراكم الشوائب على سطح العينة. ويمكن أيضا إجراء التحليل الطيفي للالأشعة تحت الحمراء في ظروف حقيقية (مثل التحليل الطيفي للأوبرا).
وفي الختام، يوفر التحليل الطيفي للضوء تحت الحمراء في الموقع معلومات قيمة عن الأسطح المختلفة وعن طبيعة وخصائص مواقع الامتزاز. كما يمكن أن تكشف عن طريقة التفاعل بين الغازات الصلبة والغازات الخاصة. ومع ذلك ، فإن هذه التقنية في كثير من الأحيان ليست قادرة على إعطاء معلومات لا لبس فيها عن بعض الخصائص الهامة ، مثل هيكل الصلبة ، وموقع بعض المواقع ، الخ. هذا هو السبب في أن الجمع مع تقنيات أخرى ينصح.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل من قبل وزارة التعليم والعلوم البلغارية (العقد DO1-214/28.11.2018) في إطار البرنامج الوطني للبحوث “الطاقة منخفضة الكربون للنقل والاستخدام المنزلي – EPLUS” الذي وافق عليه DCM #577/17.08.2018. وتعرب منظمة الدولة الإسلامية في الولايات المتحدة عن امتنانها لمدرسة هانوفر لتكنولوجيا النانو التي نظمها ر. هوغ وإف شولز – فيشلر.
Materials
| 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% |
References
- Ross, J. R. H. . Heterogeneous Catalysis: Fundamentals and Applications. , (2012).
- Busca, G. . Heterogeneous Catalytic Materials: Solid State Chemistry, Surface Chemistry, Surface Chemistry and Catalytic Behaviour. , (2014).
- Davydov, A. A. . Molecular Spectroscopy of Oxide Catalyst Surfaces. , (2003).
- Hadjiivanov, K., Knözinger, H. Characterization of Vacant Coordination Sites of Cations on the Surfaces of Oxides and Zeolites using Infrared Spectroscopy of Adsorbed Probe Molecules. Surface Science. 603 (10-12), 1629-1636 (2009).
- Knözinger, H., Huber, S. IR Spectroscopy of Small and Weakly Interacting Molecular Probes for Acidic and Basic Zeolites. Journal of the Chemical Society, Faraday Transaction. 94 (15), 2047-2059 (1998).
- Paukshtis, E. A., Yurchenko, E. N. Study of the Acid-Base Properties of Heterogeneous Catalysts by Infrared Spectroscopy. Russian Chemical Reviews. 52 (3), 242-258 (1983).
- Kustov, L. M. New Trends in IR-Spectroscopic Characterization of Acid and Basic Sites in Zeolites and Oxide Catalysts. Topics in Catalysis. 4 (1-2), 131-144 (1997).
- Hadjiivanov, K. I. Identification and Characterization of Surface Hydroxyl Groups by Infrared Spectroscopy. Advances in Catalysis. 57, 99 (2014).
- Hadjiivanov, K. I., Vayssilov, G. N. Characterization of Oxide Surfaces and Zeolites by Carbon Monoxide as an IR Probe Molecule. Advances in Catalysis. 47, 305 (2002).
- Hadjiivanov, K. Identification of Neutral and Charged NxOy Surface Species by IR Spectroscopy. Catalysis Reviews – Science and Engineering. 42 (1-2), 71-144 (2000).
- Lamberti, C., Zecchina, A., Groppo, E., Bordiga, S. Probing the Surfaces of Heterogeneous Catalysts by In Situ IR Spectroscopy. Chemical Society Reviews. 39 (12), 4951-5001 (2010).
- Meunier, F. C. Pitfalls and Benefits of In situ and Operando Diffuse Reflectance FT-IR Spectroscopy (DRIFTS) Applied to Catalytic Reactions. Reaction Chemistry & Engineering. 1 (2), 134-141 (2016).
- Ruggeri, M. P., Nova, I., Tronconi, E., Pihl, J. A., Toops, T. J., Partridge, W. P. In-Situ DRIFTS Measurements for the Mechanistic Study of NO Oxidation Over a Commercial Cu-CHA Catalyst. Applied Catalysis B: Environmental. 166, 181-192 (2015).
- Lentz, C., Jand, S. P., Melke, J., Roth, C., Kaghazchi, P. DRIFTS Study of CO Adsorption on Pt Nanoparticles Supported by DFT Calculations. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. 426, 1-9 (2017).
- Zhang, W., Liu, X., Dong, X., Dong, F., Zhang, Y. Facile Synthesis of Bi12O17Br2 and Bi4O5Br2 Nanosheets: In Situ DRIFTS Investigation of Photocatalytic NO Oxidation Conversion Pathway. Chinese Journal of Catalysis. 38 (12), 2030-2038 (2017).
- Hill, I. M., Hanspal, S., Young, Z. D., Davis, R. J. DRIFTS of Probe Molecules Adsorbed on Magnesia, Zirconia, and Hydroxyapatite Catalysts. Journal of Physical Chemistry C. 119 (17), 9186-9197 (2015).
- Aldana, P. A. U., Ocampo, F., Kobl, K., Louis, B., Thibault-Starzyk, F., Daturi, M., Bazin, P., Thomas, S., Roger, A. C. Catalytic CO2 Valorization into CH4 on Ni-Based Ceria-Zirconia. Reaction Mechanism by Operando IR Spectroscopy. Catalysis Today. 215, 201-207 (2013).
- Bañares, M. A. Operando Methodology: Combination of In Situ Spectroscopy and Simultaneous Activity Measurements Under Catalytic Reaction Conditions. Catalysis Today. 100 (1-2), 71-77 (2005).
- Friebe, S., Mundstock, A., Volgmann, K., Caro, J. On the Better Understanding of the Surprisingly High Performance of Metal-Organic Framework-Based Mixed-Matrix Membranes Using the Example of UiO-66 and Matrimid. ACS Applied Materials Interfaces. 9 (47), 41553-41558 (2017).
- Ballinger, Y. H., Wong, J. C. S., Yates, J. T. Transmission Infrared Spectroscopy of High Area Solid Surfaces. A Useful Method for Sample Preparation. Langmuir. 8 (6), 1676-1678 (1992).
- Vimont, A., et al. Evidence of CO2 Molecule Acting as an Electron Acceptor on a Nanoporous Metal-Organic-Framework MIL-53 or Cr3+(OH)(O2C-C6H4-CO2). Chemical Communications. 43 (31), 3291-3293 (2007).
- Mihaylov, M., et al. Adsorption Forms of CO2 on MIL-53(Al) and NH2-MIL-53(Al) as Revealed by FTIR Spectroscopy. Journal of Physical Chemistry C. 120 (41), 23584-23595 (2016).
- Chakarova, K., Strauss, I., Mihaylov, M., Drenchev, N., Hadjiivanov, K. Evolution of Acid and Basic Sites in UiO-66 and UiO-66-NH2 Metal-Organic Frameworks: FTIR Study by Probe Molecules. Microporous and Mesoporous Materials. 281, 110-122 (2019).
- Delgado, M. R., Bulánek, R., Chlubná, P., Arean, C. O. Brønsted Acidity of H-MCM-22 as Probed by Variable-Temperature Infrared Spectroscopy of Adsorbed CO and N2. Catalysis Today. 227, 45-49 (2014).
