Multiple scale investigation of molecular diffusion inside functionalized porous hosts using a combination of magnetic resonance methods.
Multiple scale investigation of molecular diffusion inside functionalized porous hosts using a combination of magnetic resonance methods.
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使用磁共振方法组合对功能化多孔主体内的分子扩散进行多尺度研究
DOI：
10.1039/c5cp01369k
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发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
S. Polarz
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
M. Wessig;M. Spitzbarth;M. Drescher;R. Winter;S. Polarz
分子化合物通过多孔固体的质量传输是色谱或多相催化等许多重要应用中的决定性步骤。这是一个多尺度、层次的现象：宏观扩散（>μm）除了受到晶界和颗粒堆积等参数的影响外，还受到细观尺度（>10 nm，<μm）因素的影响，如颗粒尺寸和孔隙连通性。更重要的是，介观尺度扩散和宏观尺度扩散首先直接由分子尺度（<10 nm）的过程决定，这取决于许多因素，如孔径、主体与固体表面和溶剂的相互作用。由于后者的高度复杂性，以及目前的分析技术只能以足够的空间和时间分辨率对充满溶剂的孔进行有限的了解，有关多孔材料中扩散过程的分子起源的知识仍然受到限制。目前的文件的主要重点是连续波（CW）电子顺磁共振（EPR）光谱的发展成为一个工具脱落一些新的光分子扩散内不同系统的孔径和表面功能的介孔二氧化硅材料。CW-EPR的优点是其空间分辨率理想地适合于中孔的尺寸（2-10 nm），它对于点样分子过程足够快，并且任何常规溶剂和多孔基质都是EPR沉默的。扩散系数已计算考虑自旋交换发生的自由基的扩散碰撞，并比较互补的分析技术，如MAS PFG NMR（敏感的中尺度）和EPR成像（敏感的宏观扩散）。我们的研究结果表明，表面结合官能团的选择影响扩散比孔径强得多。有迹象表明，这不仅是由于不同的客人表面的相互作用，但也由于改变流动性的约束下的溶剂。
Mass transport of molecular compounds through porous solids is a decisive step in numerous, important applications like chromatography or heterogeneous catalysis. It is a multi-scale, hierarchical phenomenon: macrodiffusion (>μm) is influenced, in addition to parameters like grain boundaries and particle packing, by meso-scale (>10 nm, <μm) factors like particle size and the connectivity of pores. More importantly, meso-scale diffusion and macro-scale diffusion are first and foremost determined directly by processes on the molecular scale (<10 nm), which depend on numerous factors like pore-size, interactions of the host with the solid surfaces and with the solvent. Due to the high complexity of the latter and the fact that current analytical techniques enable only limited insights into solvent-filled pores with sufficient spatial and temporal resolution, the knowledge about the molecular origins of diffusive processes in porous materials is still restricted. The main focus of the current paper is on the development of continuous wave (CW) electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy into a tool shedding some new light on molecular diffusion inside mesoporous silica materials differing systematically in pore size and surface functionalities. The advantages of CW-EPR are that its spatial resolution fits ideally to the size of mesopores (2–10 nm), it is fast enough for spotting molecular processes, and any conventional solvent and the porous matrix are EPR silent. Diffusion coefficients have been calculated considering spin exchange occurring from the diffusive collision of radicals, and are compared to complementary analytical techniques like MAS PFG NMR (sensitive for meso-scale) and EPR-imaging (sensitive to macroscale diffusion). Our results show that the choice of surface bound functional groups influences diffusion much stronger than pore-size. There are indications that this is not only due to different guest–surface interactions but also due to an altered mobility within the solvent under confinement.
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DOI：
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期刊：
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--
作者：
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通讯作者：
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DOI：
--
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
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影响因子：
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通讯作者：
Martin Wessig;M. Drescher;S. Polarz
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影响因子：
18.3
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DOI：
--
发表时间：
2000
期刊：
影响因子：
--
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通讯作者：
D. Goldfarb