NMR-Spektrometerkonsole
Final Report Abstract
In den ersten drei Jahren wurde das Gerät unter anderem für folgende Projekte eingesetzt: DFG-Projekt “Einfluss der Gas- und Dampfblasenbildung in porösen Katalysatoren auf die effektive Reaktionsrate” in Kooperation mit A. Jess, Univ. Bayreuth: Sowohl durch die Blasenbildung bei katalysierter H2O2-Zersetzung als auch durch die (im unterkritischen Bereich) blasenfreie Hydrierung von Hexen wird der Stofftransport teilweise um mehrere Größenordnungen verstärkt, was direkt auf die Effizienz und den Umsatz in Festbettreaktoren rückwirkt; hierfür werden quantitative und bildgebende Verfahren entwickelt und angewandt. Der zweite Teil des Projektes erforderte die Konstruktion eines Reaktors und einer Pumpvorrichtung zum Einbau in das NMR-Spektrometer. Carl-Zeiss-Stiftung, PostDoktoranden-Programm von Dr. Qingxia Gong, „On line NMR-Untersuchung von heterogenen Katalysatoren in kontinuierlichen chemischen Reaktionen“: In diesem Projekt werden, ausgehend von Hydrierungsreaktionen bekannter Kinetik (s.o.), neue Katalysatoren auf ihre Effizienz und Spezifizität mittels NMR-Spektroskopie und –Transportmessung untersucht. Gleichzeitig erfolgt eine systematische Untersuchung verschiedener Katalysatorklassen hinsichtlich ihrer Eignung für Parahydrogen Induced Polarization (PHIP), d.h. einer Methode zur Sensitivitätssteigerung von NMR-Experimenten zunächst für reaktive Umsetzung (z.B. Hydrierung), später auch für reaktionsfreien Polarisationsübertrag DFG-Projekt „Synthese und ortsaufgelöste Analyse der Quelldynamik von steuerbaren, strukturierten Hydrogelen“ in Kooperation mit T. Mang, FH Jülich: Bei der Visualisierung quellender und schrumpfender Hydrogele, die im wesentlichen im magnetischen Niederfeld mit eindimensionaler (Tiefen-)Auflösung erfolgt, erfordert die Quantifizierung von makroskopischen Heterogenitäten die ergänzende Abbildung mit den 3D-Mikroskopie-Einheiten dieses Hochfeld-Gerätes. Unabhängig davon, aber an Systemen mit ähnlichen Fragestellungen, wurden das Trocknungsverhalten verschiedener bioabbaubarer Polymerfilme untersucht, wobei durch Spektroskopie und Relaxationsmessungen ergänzende Daten zu den dominierenden Niederfeld-Arbeiten bestimmt wurden. Weiterhin wurde und wird das Gerät eingesetzt für Kooperationsprojekte mit der Zhejiang University Hangzhou, welche sich mit der Charakterisierung von synthetisierten bimodalen Polyethylenen und den zu deren Herstellung benötigten Reaktorgeometrien (Pellet-förmige Katalysatoren im Einzelkorn sowie im Wirbelbett) beschäftigen. Dabei wird einerseits die makroskopische Transportdynamik im Wirbelbett, andererseits die eingeschränkte Diffusion im Einzelkorn und im (porösen) Produkt bestimmt. Im Rahmen von Kooperationsprojekten mit der TU Cluj-Napoca wurde einerseits die Evolution der Relaxation und der Linienform in Zementen, andererseits die Diffusions- und Austauschdynamik in organischen Nanokapseln untersucht. Einen ähnlichen Aspekt verfolgt ein aktuelles BMBF-Projekt mit der Universidad de Cordoba, Argentinien, welche die Mizellenbildung in Polymerosomen und deren Potenzial als Drug Release Compounds untersucht. Als Thema einer gemeinsamen Masterarbeit mit der Universität Lima wurden verwandte Diffusionsmessungen an temperatur- und pH-sensitiven Copolymeren in Lösung untersucht. In weiteren, bislang noch nicht geförderten Forschungsprojekten wird das Spektrometer in erster Linie zur Diffusionsmessung (ionische Flüssigkeiten im Bulk und in porösen Medien; Polymere und komplexe Fluide), zur Relaxation (Festkörper-Relaxation an festen Polymeren und Kompositmaterialien) sowie zur Identifikation von geeigneten Tracer-Substanzen für die Dynamik in Polymeren, hochviskosen Stoffen und in der Rheologie eingesetzt.
Publications
- Heterogeneities in gelatin film formation using single-sided NMR, J. Phys. Chem. B 114, 16356-16363 (2010)
S. Ghoshal, C. Mattea, P. Denner, S. Stapf
(See online at https://doi.org/10.1021/jp1068363) - Inhomogeneity in the drying process of gelatine film formation. NMR microscopy and relaxation study, Chem. Phys. Lett. 485, 343-347 (2010)
S. Ghoshal, C. Mattea, S. Stapf
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cplett.2009.12.064) - Diffusion exchange NMR spectroscopy in inhomogeneous magnetic fields, J. Magn. Reson. 208, 256-261 (2011)
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X. Shi, J. Wang, B. Jiang, Y. Yang, C. Mattea, S. Stapf
(See online at https://doi.org/10.1002/pen.21988) - Molecular exchange of n-hexane in zeolite sieves studied by diffusion-diffusion and T1-diffusion NMR exchange spectroscopy, New J. Phys. 13, 035018 (2011).
O. Neudert, S. Stapf, C. Mattea
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A. Omrani, A. Mollova, C. Mattea, S. Stapf
(See online at https://doi.org/10.1016/j.tca.2011.01.012) - Structural and dynamical heterogeneities in PVA films induced by evaporation during the formation process, Chem. Phys. Lett. 515, 231- 234 (2011).
S. Ghoshal, P. Denner, S. Stapf, C. Mattea
(See online at https://doi.org/10.1016/j.cplett.2011.09.031) - Study of film formation of poly(vinyl alcohol), Macromolecules 45, 1913-1923 (2012)
S. Ghoshal, P. Denner, S. Stapf, C. Mattea
(See online at https://doi.org/10.1021/ma2023292)
