Menyelidik struktur tempatan filem alumina amorfus jenis berliang anodik oleh ²⁷Spektroskopi Al MAS NMR

Alumina digunakan secara meluas sebagai bahan pelbagai fungsi penting industri. Sebagai contoh, α-Alumina digunakan sebagai substrat kristal tunggal untuk peranti elektrik, dan γ-Alumina adalah sebagai sokongan mangkin heterogen. Alumina amorf juga digunakan dalam pelbagai bidang, seperti sokongan untuk zarah nano pemangkin, peranti mikroelektronik gerbang, filem pembusuk, dan bahan salutan permukaan untuk elektrod bateri lithium-ion kerana rintangan kimia dan sifat fizikalnya yang sangat baik. Walau bagaimanapun, struktur terperinci mereka, terutamanya struktur tempatan di sekeliling atom Al, belum diketahui berbanding dengan alumina kristal.
²⁷NMR keadaan pepejal Al memainkan peranan penting untuk analisis struktur alumina amorf kerana ia boleh menentukan pecahan AlO₄, AlO₅, dan AlO₆ unit polihedral tanpa mengira struktur, seperti kristal dan amorf.
Dalam nota permohonan, kami memperkenalkan contoh kes analisis ²⁷Al keadaan pepejal NMR untuk filem alumina amorfus jenis berliang anodik. [1]

Filem alumina amorfus jenis berliang anodik

Filem alumina amorfus anodik terbentuk pada substrat aluminium dengan menggunakan arus voltan pada anod aluminium dalam elektrolit. Sampel yang digunakan dalam nota aplikasi ialah filem alumina dengan beberapa puluh nm diameter berliang.

Imej SEM bagi permukaan filem anodik yang disediakan dalam H₂SO₄ elektrolit.

Imej TEM bagi keratan rentas filem anodik yang disediakan dalam H₂SO₄ elektrolit.

²⁷Spektrum Al MAS untuk alumina amorf dan kristal

²⁷Anjakan Al Kimia / ppm

Rajah yang ditunjukkan ialah ²⁷Al spektrum NMR keadaan pepejal untuk filem anodik yang disediakan dalam H₂SO₄ dan sampel yang dipanaskan. Sampel yang disediakan menunjukkan tiga puncak berasal daripada 4, 5, dan 6 kali ganda atom aluminium penyelarasan oksigen. Mengandungi sejumlah besar AlO₅ adalah sifat alumina amorf. Filem ini mengekalkan struktur amorfus sehingga pemanasan 800 ℃. Pada 1000 ℃ sampel bertukar kepada Ƴ-alumina yang mengandungi [4]Al dan [6]Al, dan pada 1300℃, kepada α-alumina yang dibentuk hanya oleh ^[6]Kepada. ²⁷Al keadaan pepejal NMR menyediakan pecahan daripada ^[4]Kepada, ^[5]Tanah ^[6]Unit al polyhedral tanpa mengira kristal dan amorfus.

²⁷Al nadi tunggal (kiri) dan ¹H-²⁷Al CPMAS (kanan) spektrum sampel yang disediakan oleh pelbagai elektrolit

Rajah kiri menunjukkan ²⁷Al spektrum nadi tunggal sampel yang disediakan oleh pelbagai elektrolit. Semua sampel menunjukkan profil spektrum analog dan mengandungi komponen biasa bagi ^[4]Kepada, ^[5]Tanah ^[6]Al. Walau bagaimanapun, pecahan puncak ini berbeza bergantung pada elektrolit yang digunakan dalam pembentukan filem, menunjukkan bahawa persekitaran koordinasi Al dipengaruhi oleh elektrolit. Selepas proses pemanasan, spektrum sampel yang disediakan menggunakan H₂CrO₄ dan H₃PO₄ elektrolit tidak menunjukkan perbezaan yang jelas, bagaimanapun, keamatan ^[6]Puncak Al menurun dengan jelas dalam sampel yang disediakan oleh (COOH)₂ dan H₂SO₄.

. ¹H−²⁷Pengukuran Al CPMAS secara selektif boleh mengesan persekitaran koordinasi di sekeliling atom aluminium yang wujud berhampiran atom hidrogen. Iaitu, dalam kes filem alumina anodik, spektrum CPMAS terutamanya memberikan maklumat tentang atom aluminium berhampiran atom hidrogen air fizik. Spektrum sebelum dan selepas pemanasan (angka yang betul) menunjukkan penurunan dalam ^[6]Al dan meningkat dalam ^[4]Tanah ^[5]Al melalui proses pemanasan. Ini mendedahkan bahawa majoriti daripada ^[6]Al wujud berhampiran air yang diserap fizik permukaan, iaitu, di permukaan paling luar dinding sel, dan ini berubah kepada ^[4]Tanah ^[5]Al dengan berkurangan dalam air yang diserap secara fizik melalui pemanasan.
. ¹H−²⁷Isyarat spektrum Al CPMAS masih dikesan untuk sampel yang dipanaskan walaupun kami menjangkakan ia hampir tidak mempunyai air yang diserap secara fizik. Kemunculan isyarat ini mungkin menunjukkan bahawa sejumlah kecil kumpulan hidroksil kekal di dalam sampel.

Rujukan

• Hashimoto, H.; Yazawa, K.; Asoh, H.; dan Ono, S.; J. Fizik. Kimia. C , 2017, 121 (22), 12300 - 12307

Sila lihat fail PDF untuk mendapatkan maklumat tambahan.
Tetingkap lain terbuka apabila anda mengklik.

PDF 756KB