استكشاف الطبيعة الراديكالي من سطح الكربون الكترون ممغطس الرنين وتدفق الغاز معايرة

الهدف العام من التجربة التالية هو توصيف طبيعة الجذور المستقرة على سطح ركائز الكربون الصلب وتأثير الأكسدة على تلك الجذور. يتم تحقيق ذلك عن طريق تحضير عينات الكربون المجفف عند 95 درجة مئوية في فرن مفرغ من الهواء. كخطوة ثانية ، يتم وميض تدفق الغاز المغناطيسي من خلال العينات ويتم الكشف عن طبيعة جذور الكربون بواسطة التحليل الطيفي EPR ، والذي يميز طبيعة ومعدل تكوين جذور الكربون في بيئة خاملة.

بعد ذلك ، يتم تدفق الهواء أو الأكسجين عبر عينة الكربون من أجل متابعة اختفاء جذور الكربون في بيئة مؤكسدة. تظهر النتائج أن ركائز الكربون تتأثر بشكل مختلف بمعالجة الأكسدة ، اعتمادا على مركباتها وكثافتها الضعيفة بناء على قياسات B-E-T-F-T-I-R و EPR. تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية إلى موارد الطاقة الصلبة مثل الفحم.

لأن عمليات الأكسدة هذه لها آثار مهمة على التخزين والاستخدام المناسبين. على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة للمجموعات الوظيفية السطحية على الأسطح الصلبة ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على أنظمة أخرى مثل الزيوليت والميزو والمواد اللاحقة والطبقات الأحادية. خطرت لنا هذه الفكرة لأول مرة عندما اكتشفنا أن عينات الجمجمة المختلفة تتميز بطبيعات جذرية مختلفة.

قبل البدء في هذا الإجراء ، قم بإعداد عينات الكربون لقياسات EPR عن طريق تسخين العينات في قوارير زجاجية مفتوحة تحت بيئة خاملة داخل فرن مفرغ من الهواء. ثم املأ كل قارورة بعينة من الفحم وسدادة كل قارورة عينة بحاجز مطاطي وغطاء من الألومنيوم لإزالة جميع آثار الأكسجين. قم بتوصيل القارورة بنظام تفريغ وأغلق جميع الصمامات.

قم بتشغيل مضخة التفريغ. بعد فتح صمام التفريغ ، انتظر حتى تظهر الشاشات فراغا يبلغ حوالي 0.1 ملليبار. تأكد من أن التسرب ضئيل عن طريق إغلاق صمام التفريغ والعد إلى 30.

افتح صمام العينة لإزالة الغلاف الجوي في القارورة. بمجرد عودة الضغط إلى قيمة الضغط الأولية المحددة في الخطوة السابقة ، كرر اختبار التسرب. بعد تحقيق فراغ وتطهير قوارير الغلاف الجوي المتبقي بشكل فعال ، أغلق صمام التفريغ.

ثم افتح على الفور صمام الغاز الخامل وسمح للضغط بالوصول إلى 0.5 غلاف جوي. بعد ذلك ، أغلق صمام الغاز الخامل وافتح صمام التفريغ لإزالة الغاز. بعد تطهير النظام ، أغلق صمام التفريغ وافتح صمام الغاز على الفور ، مما يسمح للضغط بالوصول إلى 0.5 غلاف جوي.

بمجرد تطهير النظام مرة ثانية ، افتح صمام الغاز واترك الضغط يصل إلى غلاف جوي واحد. بعد إغلاق صمام الغاز وصمام العينة ، قم بإزالة القارورة عن طريق السحب برفق لأسفل وإزالة الإبرة. بعد ذلك ، افتح صمام التفريغ لتطهير الغاز من نظام التفريغ.

افتح صمام العينة للسماح بدخول الهواء إلى النظام وقم بإيقاف تشغيل مضخة التفريغ في نفس الوقت لمنع التدفق العكسي للزيت. في هذه المرحلة ، قم بتدوير الطرف المفتوح لأنبوب EPR المغسول حديثا برفق في القارورة التي تحتوي على عينة الكربون. اضغط على أنبوب EPR وأدره.

ثم اضغط برفق حتى تتشتت العينة بالتساوي في الأسفل. بمجرد أن يحتوي الأنبوب على كمية كافية من العينة ، أغلق الطرف باستخدام حوالي 0.5 إلى سنتيمتر واحد من معجون التفلون المطاطي. لإعداد نظام التدفق ، أدخل أنبوب الكوارتز في مرنان EPR ، مع التأكد من أن قسم أنبوب EPR المملوء بالفحم يملأ تجويف الرنان بالكامل.

قم بإعداد خزان به غاز التدفق المطلوب ، مع التأكد من وجود صمامين للتشغيل للتحكم في التدفق. بعد ذلك ، قم بتوصيل الأنابيب المطاطية بالخزان وتأكد من وصول الأنبوب إلى طرف أنبوب الكوارتز EPR بسحب كاف حتى لا يضغط على أنبوب الكوارتز. قم بتوصيل وحدة التحكم في التدفق بالأنبوب المطاطي لمراقبة تدفق الغاز.

بعد ربط إبرة قياس صغيرة بالأنبوب المطاطي ، أدخل الإبرة من خلال معجون التفلون المطاطي حتى يصبح حوالي ثلاثة إلى أربعة سنتيمترات فوق العينة ، حتى لا تؤثر على المجال المغناطيسي. ثم قم بعمل ثقب في المعجون المطاطي لتحرير غاز التدفق. بعد تشغيل مطياف EPR ، افتح لوحة ضبط الميكروويف.

حدد موقع الانحدار بقوة 33 ديسيبل واستخدم الضبط التلقائي للحصول على أفضل ظروف الضبط. بمجرد ضبط طاقة الميكروويف على مللي واط ، افتح التجربة ثنائية الأبعاد كدالة للمجال المغناطيسي والوقت. ثم قم بتعيين المعلمات المناسبة للتجربة.

بعد ذلك ، ابدأ دورة القياس وقم بتشغيل تدفق الغاز. بعد وصول العينة إلى التوازن ، ولا يوجد تغيير آخر في شكل خط EPR ، أوقف تدفق الغاز ، وعرض العينة للهواء واستمر في القياسات. حتى يتم الحصول على 50 طيفا أو حتى يتم الوصول إلى التوازن. واحد.

عند إجراء تجارب EPR على عينات الفحم المختلفة ، لوحظ نوع ثان بقيمة G تبلغ حوالي 2.0028. تقترب قيمة G هذه من قيمة الإلكترون الحر وتتوافق مع الجذور المتمركزة حول الكربون الأذيتيك المستبدلة unsu. ومع ذلك ، ظل تركيز الدوران الكلي لكل عينة ثابتا في حدود زائد أو ناقص 10٪ الخطأ التجريبي الموضح هنا هو صفر ثانية و 1900 ثانية من مسح بعد تعرض عينة الفحم لثاني أكسيد الكربون.

طيف EPR عند 1900 ثانية بنوعين. الأول بقيمة G 2.004 بعرض خط خمسة 5G ، والنوع الثاني ، وهو أضيق بكثير عند قيمة G 2.0028 بعرض خط 2.0 G.It وجد أن معدل تكوين هذا النوع الثاني يبلغ حوالي 500 ثانية. ومن المثير للاهتمام أن مدى تكوين هذا النوع الثاني بعد الاستقرار مشابه لجميع عينات الفحم وتم تقييمه على أنه من أربعة إلى 5٪ بالنسبة لتركيز الدوران الأولي.

تتوافق بقية الدورات إما مع الجذور المتمركزة حول الكربون أو الجذر المتمركز حول الكربون مع ذرة الأكسجين. تعتمد قيم G المختلفة للأنواع الجذرية السائدة في كل عينة على طبيعة الفحم. نظرا لأن حركية تكوين هذا النوع الثاني لكل عينة فحم مختلفة ، يجب أن تكون مرتبطة بمساحة مسام العينة و / أو المجموعات الوظيفية السطحية.

من أجل توصيف هذه المجموعات الوظيفية بشكل أفضل ، هناك حاجة إلى تقنيات أخرى مثل BET و NMR لتكملة بيانات EPR. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر تجفيف عينات البرد بشكل فعال. هذه الخطوة ضرورية لتمكين إنشاء خط أساس حيث لا يتم إعادة امتصاص جزيئات الماء على ركائز الاستدعاء.

باتباع هذه الإجراءات ، يمكن إجراء طرق أخرى مثل تحليل العناصر NMR BT و FT IR من أجل الإجابة على أسئلة إضافية مثل ، ما هي طبيعة المجموعة الوظيفية ، ومسامية العينات والتركيبات. بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء التوصيف البسيط للسطح الصلب مع الجذور تحت المعالجة بالأكسجين.