オペランド三次元XAFS分光イメージングによる活性固体材料の新奇反応現象解明

使用操作三维 XAFS 光谱成像阐明活性固体材料中的新反应现象

基本信息

批准号：
22H02031
负责人：
唯美津木
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

固体触媒や多孔性材料などの活性固体材料内の構造と化学状態を可視化する高感度オペランド三次元XAFS分光イメージングを開発し、活性固体材料の動的機能を生み出す金属種の分布、酸化状態、局所配位構造の三次元空間分布のイメージングを通じた反応現象の解明を目指している。本年度は、多孔性MOF材料の一つであるMOF-74結晶を対象とし、ゲスト分子の吸着反応過程をオペランドXAFS分光イメージング計測によって明らかにすることを目指した。多孔性MOF材料内のゲスト分子の吸着に伴う挙動を明らかにするために、オペランド計測が可能な反応セル、システムを作成し、ガス分子の導入と連動したXAFSイメージング計測システムを立ち上げた。CoとMn, ZnをオープンメタルサイトにもつMOF-74結晶をそれぞれ合成し、キャピラリー内に孤立させた結晶粒に対し、細孔内のゲスト分子を脱離させたのち、作成したセルを用いて水分子を室温で導入し、結晶内部の孔をゲスト分子が拡散していく様子をXAFSイメージングにより捉えた。各金属の吸収端前のX線吸収量の増加から、細孔内に取り込まれたゲスト分子の量を算出し、吸収端後のXANESスペクトルの変化から、オープンメタルサイトへのゲスト分子の配位量を算出した。両者の比較により、MOF-74結晶の一次元細孔内を拡散するゲスト分子の挙動と配位を明らかにした。またインフォマティクスによって、計測したイメージングビッグデータの解析処理を進め、MOF粒子内の吸着拡散の速度定数、反応過程を解析している。

我们已经开发了高度敏感的操作数3D XAFS光谱成像，该成像可视化活跃的固体材料（例如固体催化剂和多孔材料）中的结构和化学状态，旨在通过对金属物种分布的三维空间分布，氧化态，局部配位结构的三维空间分布进行成像来阐明反应现象，这些分布产生活跃固体材料的动态功能。今年，我们旨在使用操作数XAFS光谱成像测量值阐明客体分子的吸附反应过程，以靶向MOF-74晶体，这是多孔MOF材料之一。为了阐明宾客分子在多孔MOF材料中的吸附的行为，我们创建了一个可以测量操作数的反应细胞和系统，并启动了XAFS成像测量系统，该测量系统与引入气体分子一起使用。合成了具有CO，MN和Zn的开放金属位点的MOF-74晶体，并合成了毛孔中的客体分子，从毛细管中的隔离晶体中取出孔，然后在室温下使用所创造的细胞在室温下引入水分子，并通过Xafs cycruned xafs cycrunder cathing caffers caffs caffs caffs caffs caffs caffs caffs caffs caffs caffers the室温度。根据X射线吸收量的增加在每种金属的吸收边缘之前的X射线吸收量的增加计算出来的来宾分子量，并根据XANES光谱的变化计算了与开放金属位点协调的来宾分子的量。两者的比较揭示了在MOF-74晶体一维孔内扩散的客体分子的行为和协调。此外，信息学用于分析测得的成像大数据，并分析了MOF颗粒内的吸附扩散速率常数和反应过程。