Medición de las isotermas de adsorción completa por RMN

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química Física
• Espectroscopia de resonancia magnética nuclear

Sus antecedentes:

• La fisorción es el método estándar para caracterizar materiales porosos, proporcionando información de textura y afinidad de adsorbido a través de mediciones de presión de equilibrio.
• Los métodos existentes ofrecen principalmente datos de textura macroscópicos, con información limitada sobre la dinámica molecular local y las interacciones dentro de los poros.

Objetivo del estudio:

• Demostrar la capacidad de la resonancia magnética nuclear de campo bajo (RMN) para medir isotermas de adsorción completa.
• Mostrar cómo la medición selectiva de moléculas de sonda adsorbidas mediante relajación de RMN proporciona información avanzada sobre la dinámica local.
• Validar la técnica de relajación por RMN en varios marcos metálico-orgánicos microporosos (MOF).

Principales métodos:

• Desarrollo y aplicación de una técnica de RMN de campo bajo denominada "relaxorción RMN".
• Medición selectiva de los giros de 1H de las moléculas de la sonda adsorbida, diferenciándolas de las moléculas de la fase de vapor.
• Aplicación para la adsorción de metanol en las estructuras metal-orgánicas ZIF-8, UiO-66 y MIL-53.

Principales resultados:

• La relaxación por RMN midió con éxito las isotermas de adsorción completa para los MOF estudiados.
• El análisis de la adsorción de metanol en ZIF-8 reveló distintas poblaciones de moléculas invitadas, incluidos grupos y moléculas unidas a los sitios de defecto.
• Se logró el llenado secuencial de poros y la determinación precisa de la topología de poros para UiO-66 (Zr).
• Las transiciones estructurales de fase en MIL-53 ((Al) se detectaron con precisión y se correlacionaron con poblaciones específicas de especies diméricas.

Conclusiones:

• La relaxación por RMN es un potente enfoque dual que combina la medición isotérmica de adsorción con información dinámica local detallada.
• La técnica proporciona información sin precedentes sobre las interacciones huésped-anfitrión, el agrupamiento molecular y la dinámica estructural dentro de materiales porosos como los MOF.
• La relaxorción por RMN ofrece un avance significativo con respecto a las técnicas tradicionales de fisorción para la caracterización integral de materiales.