Application of NMR spectroscopy for the investigation of structure-mobility relations in nanoporous host-guest systems in concerted action with IR Micro-Imaging

• Applicants: Professor Dr. Jürgen Haase; Professor Dr. Jörg Kärger
• Subject Area: Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
• Term: from 2015 to 2020
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 277602929

• Final Report Year: 2020

Final Report Abstract

Die mit der Erschließung der Methoden das Micro-Imaging begonnenen Arbeiten zu deren gemeinsamen Einsatz mit der PFG NMR bei der Erforschung bisher unzureichend verstandener Phänomene des Stofftransports in nanoporösen Materialien wurden erfolgreich fortgesetzt. Bemerkenswerte Ergebnisse waren dabei unter anderem die Entdeckung von Anomalien in der Kettenlängenabhängigkeit bei der Alkandiffusion in Nanoporen mit eingeschränkter „Fenster“-Durchlässigkeit und der Nachweis der Möglichkeit des Monitorings der Diffusionswege der Gastmoleküle in Mixed-Matrix- Membranen. Ein Durchbruch gelang uns mit dem Einsatz des Modells der Mehrbereichsdiffusion zur Quantifizierung des Stofftransports in hierarchisch-porösen Materialien, mit dem uns erstmalig eine geschlossene Theorie zur Behandlung dieses (von mindestens vier Parametern abhängigen und daher sehr komplexen) Phänomens zur Verfügung steht. PFG NMR-Diffusionsmessungen an einem bindemittelfreien Molekularsieb vom Typ NaY als Modellsystem belegen exemplarisch ihre Anwendbarkeit.

Publications

• IR Microimaging of Direction-Dependent Uptake in MFI-Type Crystals, Chem. Ingen. Techn. 89 (2017) 1686–1693
  S. Hwang, B. Parditka, C. Cserháti, Z. Erdélyi, R. Gläser, J. Haase, J. Kärger, W. Schmidt, and C. Chmelik
  
• Structural Characterisation of Hierarchically Porous Silica Monolith by NMR Cryo-porometry and -diffusometry, Diffus. Fundam. (online journal: www.diffusion-fundamentals.org) 29 (2017) 6, pp 1-7
  S. Hwang, R. Valiullin, J. Haase, B.M. Smarsly, A. Bunde, and J. Kärger
  
• Anomaly in the Chain Length Dependence of n-Alkane Diffusion in ZIF-4 Metal-Organic Frameworks, Molecules (Basel, Switzerland) 23 (2018) 668(1-16)
  S. Hwang, A. Gopalan, M. Hovestadt, F. Piepenbreier, C. Chmelik, M. Hartmann, R.Q. Snurr, and J. Kärger
  
• Revealing the Transient Concentration of CO2 in a Mixed-Matrix Membrane by IR Microimaging and Molecular Modeling, Angew. Chem. Int. Ed. 57 (2018) 5156–5160
  S. Hwang, R. Semino, B. Seoane, M. Zahan, C. Chmelik, R. Valiullin, M. Bertmer, J. Haase, F. Kapteijn, J. Gascon, G. Maurin, and J. Kärger
  
• NMR Diffusometry with Guest Molecules in Nanoporous Materials, Magn. Reson. Imaging 56 (2019) 3–13
  S. Hwang, J. Kärger
  
• Diffusion in Nanopores: Correlating Experimental Findings with “First- Principles” Predictions, Adsorption (2020)
  S. Hwang, and J. Kärger