PFG NMR Studies of Zeolitic Diffusion

• Applicant: Professor Dr. Petrik Galvosas
• Subject Area: Physical Chemistry of Solids and Surfaces, Material Characterisation
• Term: from 2002 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5382057

• Final Report Year: 2012

Final Report Abstract

In den durchgeführten Arbeiten wurde die PFG NMR der ihr zugedachten Rolle als “Leittechnik” bei der Identifizierung solcher nanoporösen Wirtsysteme gerecht, mit denen die besten Aussichten bestanden, die Kernaufgabe der Forschergruppe zu erfüllen, nämlich die Übereinstimmung der Aussagen unterschiedlicher (mikroskopischer und makroskopischer) Techniken zum intrakristallinen Stofftransport nachzuweisen. Auftretende Unterschiede, wie sie in der Literatur oft beschrieben werden, lassen sich damit – so sie nicht messtechnisch oder durch den Unterschied zwischen Gleichgewichts- und Nichtgleichgewichtsmessung (also zwischen Selbst- und Transportdiffusion) erklärt werden können – eindeutig auf strukturelle Ursachen zurückführen. Unter den idealen Bedingungen der Forschergruppe wurden mit Hilfe der PFG NMR weitere, über den Vergleich der experimentellen Daten unterschiedlicher Messtechniken hinausgehende Ergebnisse von grundlegender Bedeutung erzielt, wie z.B. die Erweiterung des Methodenspektrums mit Messungen zur Gemischdiffusion und zur Größe von Oberflächenbarrieren. Mit dem experimentellen Nachweis der Ergoden-Hypothese – also der Übereinstimmung von Schar(„Ensemble“)- und Zeitmittel des Verschiebungsquadrats diffundierender Teilchen – gelang dabei die Lösung eines über Jahrzehnte anstehenden Problems der Grundlagenforschung.

Publications

• NMR diffusometry with beds of nanoporous host particles: an assessment of mass transfer in compartmented two-phase systems. Langmuir 24 (2008) 10474-10479
  M. Krutyeva, J. Kärger
  
• Diffusion of Aromatic Guest Molecules in Zeolite NaX Studied by Pulsed Field Gradient NMR. Micropor. Mesopor. Mat. 120 (2009) 98-103
  K. Ulrich, D. Freude, P. Galvosas, C. Krause, J. Kärger, J. Caro, P. Poladli, H. Papp
  
• Intracrystalline transport resistances in nanoporous zeolite X. ChemPhysChem 10 (2009) 2429-2433
  A. Feldhoff, J. Caro, H. Jobic, J. Ollivier, C. B. Krause, P. Galvosas, J. Kärger
  
• Nanoporous glass as a model system for a consistency check of the different techniques of diffusion measurement. ChemPhysChem 12 (2011) 1130-1134
  C. Chmelik, D. Enke, P. Galvosas, O. Gobin, A. Jentys, H. Jobic, J. Kärger, C. B. Krause, J. Kullmann, J. Lercher, S. Naumov, D. M. Ruthven, T. Titze
  
• Surface Permeability on Zeolite NaCaA Enhanced by Layer Deposition. Micropor. Mesopor. Mater. 146 (2011) 151–157
  T. Binder, Z. Adem, C. B. Krause, M. Krutyeva, A. Huang, J. Caro, J. Kärger
  
• Tracing porespace heterogeneities in X-type zeolites by diffusion studies. Langmuir 27 (2011) 416-419
  Z. Adem, J. Caro, F. Furtado; P. Galvosas, C. B. Krause, J. Kärger
  
• Monitoring Molecular Mass Transfer in Cation-Free Nanoporous Host Crystals of Type AIPO-LTA. JACS, 2012
  Hibbe, F.; Caro, J.; Chmelik, C.; Huang, A.; Kirchner, T.; Ruthven, D.; Valiullin, R.; Kärger, J.
  
• Single-Particle and Ensemble Diffusivities – Test of Ergodicity. Angew. Chem., Intern. Edit. 51 (2012) 1152-1155
  Feil, F.; Naumov, S.; Michaelis, J.; Valiullin, R.; Enke, D.; Kärger, J.; Bräuchle, C.