通过电子顺磁共振和校准气体流量探索碳表面的激进性质
Summary
稳定自由基存在于碳底物通过海森堡自旋交换与顺磁氧相互作用。这种相互作用可以显著STP条件下，通过在碳制流动的反磁性气体减少。这个手稿描述了一个简单的方法来描述这些自由基的性质。
Abstract
虽然第一电子顺磁共振（EPR）就氧化碳自由基的结构和稳定性影响的研究可以追溯到20世纪80年代初的早期论文的焦点主要特征的变化对结构极其恶劣的条件下（pH值或温度）1-3。它也被称为顺磁性分子氧经过与稳定自由基的海森堡自旋交换作用是极其开阔的EPR信号4-6。最近，我们报道，其中分子氧与现有的稳定的自由基结构的某一部分的这种相互作用可以被可逆地简单地受到通过在STP 7的碳样品流过一个反磁性气体有趣的结果。例如He，CO 2和N 2的流量也有类似的影响这些相互作用发生在大孔体系的表面积。
这个手稿突出了实验吨echniques，工作起来，对影响碳结构的现有稳定的自由基性质分析。希望这将有助于对在社区这些互动的在逃进一步发展和理解。
Introduction
不同的C / H / O原子（重量％）的比率基板目前不同类型和稳定的自由基，通过电子顺磁共振（EPR）是检测到的浓度8。这些基团依赖于大分子的结构和它们的芳族性质的高度影响。煤自由基的EPR光谱，其特征在于由单一的宽共振。在这种情况下，只对g值时，线条宽度和自旋浓度可以得到。 EPR谱的G-值可以被用于确定是否一个基是碳中心或氧为中心的。基本方程为电子塞曼相互作用
定义的g值，其中h是普朗克常数，v是在实验中所施加的恒定MW频率，B 0是谐振磁场和βe为玻尔磁子。对于自由电子的g值是2.00232。 V在从2.00232的g值ariations涉及涉及未成对电子的轨道角动量，其化学环境的磁相互作用。有机基团通常具有G-值接近自由电子克，这取决于自由基在有机基质3，8-10的位置。碳中心自由基具有G-值是接近自由电子的g值2.0023。碳中心自由基与相邻的氧原子具有在2.003-2.004范围内较高的G-值，而中心的氧自由基具有G-数值> 2.004。为2.0034-2.0039的g值的特征是碳中心自由基在附近的氧杂原子而导致增加的G-值较纯碳中心自由基11-15。线宽是由自旋 – 晶格驰豫过程支配。因此，相邻的基团之间或自由基与顺磁氧导致的减少之间的相互作用在自旋晶格弛豫时间，并因此增加了线宽4-6。
停止流动的实验与EPR检测允许观察在EPR信号在两个阶段通过时间扫描采集（动能显示）的相互作用过程中一个独特的字段值的振幅随时间变化。这种测量的结果是一个速率常数的形成，腐烂或转换的顺磁性物质。该过程是类似的完善与其中的光吸收在一个独特的波长的时间依赖性，观察光检测停止流的操作的情况。典型地停止流动实验以液体状态进行与未EPR在液体状态检测由于短的弛豫时间T 1的基团，如，例如羟基（OH×）或超氧化物（O 2 – ）不能直接由EPR-停止研究流技术。它是，但是，possibl e来研究自旋加合物，这些基团与硝酮，产生氮氧自由基型（自旋过滤器），因为它们是EPR-活性和它们的动力学也可以监视由停止流动EPR 16-18。
利用快速流动的气体的技术与EPR检测化学反应速率的测量方法也曾被证实19-22。在本质上，该方法依赖于测量，通过EPR，反应物作为距离的函数的浓度（并因此以恒定的速度，时间）超过该反应物已在与反应气体接触的流管。条件，使反应气体的浓度是大致恒定的，通常采用使测得的衰减是假一级。
在目前的工作中，一个简单的气体流量设置实施和气体的恒定流量被引入到固体碳基体的表面。
ntent“>有在当前工作中详述的方法，我们成功地实现了，其中分子氧与现有的稳定的自由基结构的某一部分的这种相互作用可以被可逆地简单地受到通过在STP下的碳样品流过一个反磁性气体有趣的结果。作为这种方法的结果是除去相互作用的顺磁性气体的揭示了新的基面有g值，这是更接近于自由电子。Protocol
Representative Results
Discussion
碳材料的表面氧化是显著的工业和学术兴趣。碳底物氧化的影响已被鉴定具有广泛的分析技术，包括EPR。当调查的分子氧与碳基材如煤具有倾向发生氧化（因此它主要利用作为能源资源）的相互作用的样品制备和储存是极其重要的。
我们的样品是已经海外运送大型货舱为能源行业的煤炭利用基板。即使该样品在运输过程中由于发生一些氧化，我们试图通过随后将它们存储在N …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SR承认以色列科学基金会的支持下，不授予。十二分之二百八十零。
Materials
| EPR spectrometer | Bruker | Elexsys E500 | |
| EPR quartz tube | Wilmad-Lab Glass | ||
| vacuum oven | Heraeus | VT6060 | |
| Balance | Denver Instrument | 100A | |
| High Vacuum Silicone Grease | VWR international | 59344-055 | |
| Teflon putty | |||
| Laboratory (Rubber) Stoppers | Sigma-Aldrich | Z114111 | |
| Aluminum Crimp seals | Sigma-Aldrich | Z114146 | |
| Hand Crimper | Sigma-Aldrich | Z114243 | |
| Borosilicate vials | Sigma-Aldrich | Z11938 | |
| Rubber tubing | |||
| Aluminum hose clamps | |||
| Screwdriver | |||
| Custom made vacuum system | |||
| glass storage cylinders | |||
| BD Regular Bevel Needles | BD | 305122 | |
| Helium | oxar LTD | ||
| Argon | oxar LTD | ||
| CO2 99.99% | Maxima | ||
| N2 99.999% | oxar LTD | ||
| O2 | Maxima | ||
| Air | Maxima |
References
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