สำรวจโครงสร้างท้องถิ่นของฟิล์มอลูมินาอสัณฐานอสัณฐานที่มีรูพรุนโดย ²⁷Al MAS NMR สเปกโตรสโคปี

อลูมินาใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะวัสดุอเนกประสงค์ที่สำคัญในอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่น α-Alumina ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นที่เป็นผลึกเดี่ยวสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า และ γ-Alumina เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกัน อลูมินาอสัณฐานยังใช้ในด้านต่างๆ เช่น ตัวรองรับอนุภาคนาโนตัวเร่งปฏิกิริยา อุปกรณ์เกทไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ฟิล์มหมุน และวัสดุเคลือบพื้นผิวสำหรับอิเล็กโทรดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากมีความทนทานต่อสารเคมีและคุณสมบัติทางกายภาพที่ดีเยี่ยม อย่างไรก็ตาม โครงสร้างโดยละเอียดของพวกมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงสร้างในท้องถิ่นรอบ ๆ อะตอมของ Al นั้นยังไม่เป็นที่ทราบเมื่อเปรียบเทียบกับผลึกอลูมินา
²⁷Al solid state NMR มีบทบาทสำคัญในการวิเคราะห์โครงสร้างของอลูมินาอสัณฐาน เนื่องจากสามารถกำหนดเศษส่วนของ AlOXNUMX ได้₄, อัล O₅และ AlO₆ หน่วยหลายหน้าโดยไม่คำนึงถึงโครงสร้าง เช่น คริสตัลและอสัณฐาน
ในบันทึกการใช้งาน เราจะแนะนำตัวอย่างกรณีการวิเคราะห์ของ ²⁷Al สถานะของแข็ง NMR สำหรับฟิล์มอลูมินาอลูมินาอสัณฐานที่มีรูพรุนแบบขั้วบวก [1]

ฟิล์มอลูมินาอสัณฐาน Anodic รูพรุน

ฟิล์มอลูมินาอสัณฐานอสัณฐานเกิดขึ้นบนพื้นผิวอลูมิเนียมโดยการใช้กระแสไฟกับแอโนดอะลูมิเนียมในอิเล็กโทรไลต์ ตัวอย่างที่ใช้ในเอกสารการใช้งานคือฟิล์มอลูมินาที่มีรูพรุนหลายขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางหลายสิบนาโนเมตร

ภาพ SEM ของพื้นผิวของฟิล์มขั้วบวกที่เตรียมในภาษา H₂SO₄ อิเล็กโทรไลต์

ภาพ TEM ของภาพตัดขวางของฟิล์มขั้วบวกที่เตรียมในภาษา H₂SO₄ อิเล็กโทรไลต์

²⁷สเปกตรัม Al MAS สำหรับอลูมินาที่เป็นอสัณฐานและคริสตัล

²⁷อัล กะเคมี /ppm

ตัวเลขที่แสดงคือ ²⁷อัลโซลิดสเตต NMR สเปกตรัมสำหรับฟิล์มขั้วบวกที่เตรียมใน H₂SO₄ และตัวอย่างที่ให้ความร้อน ตัวอย่างที่เตรียมไว้จะแสดงจุดสูงสุดสามจุดที่เกิดจากอะตอมอะลูมิเนียมที่ประสานกับออกซิเจน 4, 5 และ 6 เท่า มี AlO . ในปริมาณมาก₅ เป็นคุณสมบัติของอลูมินาอสัณฐาน ฟิล์มจะคงโครงสร้างอสัณฐานไว้จนถึง 800 ℃ ให้ความร้อน ที่ 1000 ℃ ตัวอย่างจะเปลี่ยนเป็น Ƴ-alumina ซึ่งมี [4]Al และ [6]Al และที่ 1300℃ เป็น α-alumina ที่เกิดจาก ^[6]อัล ²⁷Al สถานะของแข็ง NMR ให้เศษส่วนของ ^[4]อัล ^[5]อัลและ ^[6]หน่วยหลายเหลี่ยมอัลโดยไม่คำนึงถึงผลึกและอสัณฐาน

²⁷อัล ชีพจรเดียว (ซ้าย) และ ¹H-²⁷สเปกตรัม Al CPMAS (ขวา) ของตัวอย่างที่เตรียมโดยอิเล็กโทรไลต์ต่างๆ

รูปซ้ายแสดงว่า ²⁷Al single pulse spectra ของตัวอย่างที่เตรียมโดยอิเล็กโทรไลต์ต่างๆ ตัวอย่างทั้งหมดแสดงโปรไฟล์สเปกตรัมที่คล้ายคลึงกันและมีส่วนประกอบร่วมของ ^[4]อัล ^[5]อัลและ ^[6]อัล อย่างไรก็ตาม เศษส่วนของพีคเหล่านี้จะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ในการสร้างฟิล์ม ซึ่งบ่งชี้ว่าสภาพแวดล้อมที่ประสานกันของ Al ได้รับผลกระทบจากอิเล็กโทรไลต์ หลังจากกระบวนการให้ความร้อน สเปกตรัมของตัวอย่างที่เตรียมโดยใช้ H₂โครมันยอง₄ และ H₃PO₄ อิเล็กโทรไลต์ไม่มีความแตกต่างที่ชัดเจน อย่างไรก็ตาม ความเข้มของ ^[6]อัลพีคลดลงอย่างชัดเจนในตัวอย่างที่เตรียมโดย (COOH)₂ และ H₂SO₄.

พื้นที่ ¹ฮ-²⁷การวัด Al CPMAS สามารถเลือกตรวจจับสภาพแวดล้อมการประสานงานรอบอะตอมอะลูมิเนียมที่มีอยู่ใกล้กับอะตอมไฮโดรเจน กล่าวคือ ในกรณีของฟิล์มอลูมินาขั้วบวก สเปกตรัม CPMAS ส่วนใหญ่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับอะตอมของอะลูมิเนียมใกล้กับอะตอมไฮโดรเจนของน้ำที่ถูกดูดซับ สเปกตรัมก่อนและหลังการให้ความร้อน (รูปขวา) แสดงค่าลดลงใน ^[6]อัลและเพิ่มใน ^[4]อัลและ ^[5]อัลโดยกระบวนการให้ความร้อน นี่แสดงให้เห็นว่าส่วนใหญ่ของ ^[6]อัลอยู่ใกล้น้ำที่ดูดซับพื้นผิว กล่าวคือ ที่พื้นผิวนอกสุดของผนังเซลล์ และสิ่งเหล่านี้เปลี่ยนเป็น ^[4]อัลและ ^[5]อัลที่มีการลดลงในน้ำที่ถูกดูดซับโดยความร้อน
พื้นที่ ¹ฮ-²⁷ยังคงตรวจพบสัญญาณสเปกตรัม Al CPMAS สำหรับตัวอย่างที่ให้ความร้อน แม้ว่าเราคาดว่าตัวอย่างจะแทบไม่มีน้ำที่ถูกดูดซับเลยก็ตาม การปรากฏตัวของสัญญาณเหล่านี้น่าจะบ่งชี้ว่ามีหมู่ไฮดรอกซิลจำนวนเล็กน้อยยังคงอยู่ภายในตัวอย่าง

อ้างอิง

• ฮาชิโมโตะ, H.; ยาซาว่า, K.; Asoh, H.; และ Ono, S.; เจ. ฟิสิกส์. เคมี. ค , 2017, 121(22), 12300 - 12307

โปรดดูไฟล์ PDF สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม
หน้าต่างอื่นจะเปิดขึ้นเมื่อคุณคลิก

PDF756KB