ऑपरेटिंग स्पेक्ट्रोस्कोपी: Difference between revisions
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ऑपरेंडो [[स्पेक्ट्रोस्कोपी]] एक विश्लेषणात्मक पद्धति है जिसमें प्रतिक्रिया से गुजरने वाली सामग्रियों की | ऑपरेंडो [[स्पेक्ट्रोस्कोपी|स्पेक्ट्रम विज्ञान]] एक विश्लेषणात्मक पद्धति है जिसमें प्रतिक्रिया से गुजरने वाली सामग्रियों की स्पेक्ट्रम विज्ञान लक्षण को उत्प्रेरण गतिविधि और चयनात्मकता के माप के साथ 'एक साथ' जोड़ा जाता है।<ref name ="Banares">{{Cite journal | last1 = Bañares | first1 = M. A. | doi = 10.1039/b204494c | title = Raman spectroscopy during catalytic operations with on-line activity measurement (operando spectroscopy): a method for understanding the active centres of cations supported on porous materials | journal = Journal of Materials Chemistry | volume = 12 | issue = 11 | pages = 3337–3342 | year = 2002 }}</ref> इस पद्धति की प्राथमिक अभिरुचि उत्प्रेरकों की संरचना-प्रतिक्रियाशीलता/चयनात्मकता संबंध स्थापित करना है और इस प्रकार [[प्रतिक्रिया तंत्र]] के बारे में जानकारी प्राप्त करना है। अन्य उपयोगों में सम्मलित उत्प्रेरक सामग्री और प्रक्रियाओं में इंजीनियरिंग सुधार और नए विकास में सम्मिलित हैं।<ref>{{Cite web|url=https://www.lehigh.edu/operando/|title=ऑपरेंडो ग्रुप आपका स्वागत करता है|website=www.lehigh.edu|access-date=2019-09-26}}</ref> | ||
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== | == संक्षिप्त विवरण और शर्तें == | ||
कार्बधात्विक उत्प्रेरण के संदर्भ में, एक स्वस्थाने रसायन विज्ञान और रासायनिक इंजीनियरिंग प्रतिक्रिया में उत्प्रेरक की कार्यक्षमता में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में सहायता प्रदान करने के लिए [[मास स्पेक्ट्रोमेट्री|मास स्पेक्ट्रम विज्ञान]], [[एनएमआर]], [[ अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी |अवरक्त स्पेक्ट्रम विज्ञान]] और [[ गैस वर्णलेखन |गैस वर्णलेखन]] जैसी तकनीकों का उपयोग करके उत्प्रेरक प्रक्रिया का वास्तविक समय माप सम्मिलित है। . | |||
लगभग 90% औद्योगिक | लगभग 90% औद्योगिक पूर्ववर्ती रसायनों को उत्प्रेरक का उपयोग करके संश्लेषित किया जाता है।<ref name="Weckhuysen">{{Cite journal | last1 = Weckhuysen | first1 = B. M. | title = Operando spectroscopy: Fundamental and technical aspects of spectroscopy of catalysts under working conditions | doi = 10.1039/b309654H | journal = Physical Chemistry Chemical Physics | volume = 5 | issue = 20 | pages = 1–9 | year = 2003 |bibcode = 2003PCCP....5....1W }}</ref> इष्टतम दक्षता और अधिकतम उत्पाद उपज के साथ उत्प्रेरक बनाने के लिए उत्प्रेरक तंत्र और सक्रिय साइट को समझना महत्वपूर्ण है। | ||
सीटू | सीटू परमाणु भट्टी सेल डिज़ाइन में सामान्यतः वास्तविक उत्प्रेरक प्रतिक्रिया अध्ययन के लिए आवश्यक दबाव और तापमान स्थिरता में असमर्थ होते हैं, जिससे ये कोशिकाएं अपर्याप्त हो जाती हैं। कई स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकों में [[तरल हीलियम]] तापमान की आवश्यकता होती है, जिससे वे उत्प्रेरक प्रक्रियाओं के वास्तविक दुनिया के अध्ययन के लिए अनुपयुक्त हो जाते हैं।<ref name="Banares" />इसलिए, ऑपरेंडो अभिक्रिया विधि में सीटू स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप तकनीकों में सम्मिलित होना चाहिए, लेकिन वास्तविक उत्प्रेरक गतिज स्थितियों के अनुसार सम्मिलित होना चाहिए।<ref name="Banares"/> | ||
ऑपरेंडो (काम करने के लिए लैटिन)<ref name = "MBanares">{{Cite journal | last1 = Bañares | first1 = M. A. | doi = 10.1016/j.cattod.2007.07.004 | title = प्रस्तावना| journal = Catalysis Today | volume = 126 | issue = 1–2 | pages = 1–8 | year = 2007 }}</ref> | ऑपरेंडो (काम करने के लिए लैटिन)<ref name = "MBanares">{{Cite journal | last1 = Bañares | first1 = M. A. | doi = 10.1016/j.cattod.2007.07.004 | title = प्रस्तावना| journal = Catalysis Today | volume = 126 | issue = 1–2 | pages = 1–8 | year = 2007 }}</ref> स्पेक्ट्रम विज्ञान एक कार्यशील उत्प्रेरक के निरंतर स्पेक्ट्रा संग्रह को संदर्भित करता है, जिससे उत्प्रेरक की संरचना और गतिविधि/चयनात्मकता दोनों के एक साथ मूल्यांकन की अनुमति मिलती है। | ||
== इतिहास == | == इतिहास == | ||
ऑपरेंडो शब्द पहली बार 2002 में उत्प्रेरक साहित्य में दिखाई दिया।<ref name="Banares"/>यह मिगुएल ए बनारेस द्वारा | ऑपरेंडो शब्द पहली बार 2002 में उत्प्रेरक साहित्य में दिखाई दिया।<ref name="Banares"/>यह मिगुएल ए बनारेस द्वारा निर्मित किया गया था, जिन्होंने कार्यप्रणाली को इस तरह से नाम देने की मांग की, जिसने एक कार्यात्मक सामग्री को देखने के विचार पर कब्जा कर लिया - इस सन्दर्भ में एक उत्प्रेरक - वास्तविक कार्य, अर्थात उपकरण संचालन, स्थितियों के अनुसार । ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान पर पहला अंतर्राष्ट्रीय कांग्रेस मार्च 2003 में लुंटरेन, नीदरलैंड्स में हुआ था।<ref name="Weckhuysen"/>इसके बाद 2006 में और सम्मेलन हुए (टोलेडो, स्पेन),<ref>{{Cite web|url=http://www.aca-berlin.de/operando/|date=2016-03-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20160304123907/http://www.aca-berlin.de/operando/|access-date=2019-09-26|archive-date=2016-03-04|title=Informationsseite }}</ref>2009 (रोस्टॉक, जर्मनी), 2012 (ब्रुकवेन, यूएसए), और 2015 (ड्यूविल, फ्रांस)।<ref name="Brookhaven">[http://workshops.ps.bnl.gov/?w=OperandoIV "4th International Congress on Operando Spectroscopy"]. ps.bnl.gov</ref> काम की परिस्थितियों में उत्प्रेरकों की स्पेक्ट्रम विज्ञान के अनुसंधान क्षेत्र के लिए इन सीटू से ऑपरैंडो में नाम परिवर्तन का प्रस्ताव लुंटरेन कांग्रेस में किया गया था।<ref name="Weckhuysen"/> | ||
एक सामग्री की संरचना, संपत्ति और कार्य को मापने का विश्लेषणात्मक सिद्धांत, एक घटक अलग हो गया है या एक | एक सामग्री की संरचना, संपत्ति और कार्य को मापने का विश्लेषणात्मक सिद्धांत, एक घटक अलग हो गया है या एक उपकरण के हिस्से के रूप में एक साथ संचालन की स्थिति में उत्प्रेरण और उत्प्रेरक तक सीमित नहीं है। बैटरी और ईंधन सेल उनके इलेक्ट्रोकेमिकल फ़ंक्शन के संबंध में ऑपरेंडो अध्ययन के अंतर्गत हैं। | ||
== कार्यप्रणाली == | == कार्यप्रणाली == | ||
ऑपरेंडो | ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान [[एफटीआईआर]] या एनएमआर जैसी विशिष्ट स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीक के अतिरिक्त कार्यप्रणाली का एक वर्ग है। ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान एक तार्किक तकनीकी प्रगति है<!--not a mistake--> सीटू अध्ययन में। उत्प्रेरक वैज्ञानिक आदर्श रूप से प्रत्येक उत्प्रेरक चक्र की एक गति चित्र रखना पसंद करेंगे, जिससे सक्रिय स्थल पर होने वाली सटीक बंधन-निर्माण या बंधन-विच्छेद की घटनाओं का पता चल सके;<ref name= "Tinnemans"/>यह तंत्र के एक दृश्य मॉडल के निर्माण की अनुमति देगा। अंतिम लक्ष्य एक ही प्रतिक्रिया के सब्सट्रेट-उत्प्रेरक प्रजातियों के संरचना-गतिविधि संबंध को निर्धारित करना है। दो प्रयोग होने से - एक प्रतिक्रिया का प्रदर्शन और प्रतिक्रिया मिश्रण का वास्तविक समय वर्णक्रमीय अधिग्रहण - एक ही प्रतिक्रिया पर उत्प्रेरक और मध्यवर्ती की संरचनाओं और उत्प्रेरक गतिविधि / चयनात्मकता के बीच एक सीधा लिंक की सुविधा प्रदान करता है। हालांकि सीटू में एक उत्प्रेरक प्रक्रिया की निगरानी उत्प्रेरक कार्य के लिए प्रासंगिक जानकारी प्रदान कर सकती है, सीटू परमाणु भट्टी कोशिकाओं की वर्तमान भौतिक सीमाओं के कारण एक पूर्ण सहसंबंध स्थापित करना मुश्किल है। जटिलताएं उत्पन्न होती हैं, उदाहरण के लिए, गैस चरण प्रतिक्रियाओं के लिए जिसके लिए बड़ी शून्य मात्रा की आवश्यकता होती है, जिससे कोशिका के भीतर गर्मी और द्रव्यमान को समरूप बनाना मुश्किल हो जाता है।<ref name= "Banares"/>इसलिए, एक सफल ऑपरेंडो कार्यप्रणाली की जड़, प्रयोगशाला सेटअप और औद्योगिक सेटअप के बीच असमानता से संबंधित है, अर्थात , उत्प्रेरक प्रणाली को ठीक से अनुकरण करने की सीमाएं, क्योंकि यह उद्योग में आगे बढ़ती है। | ||
ऑपरेंडो | ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान का उद्देश्य समय-समाधान (और कभी-कभी स्थानिक रूप से हल) स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग करके ऑपरेशन के समय परमाणु भट्टी के भीतर होने वाले उत्प्रेरक परिवर्तनों को मापना है।<ref name=Tinnemans>{{Cite journal | last1 = Tinnemans | first1 = S. J. | last2 = Mesu | first2 = J. G. | last3 = Kervinen | first3 = K. | last4 = Visser | first4 = T. | last5 = Nijhuis | first5 = T. A. | last6 = Beale | first6 = A. M. | last7 = Keller | first7 = D. E. | last8 = Van Der Eerden | first8 = A. M. J. | last9 = Weckhuysen | first9 = B. M. | title = Combining operando techniques in one spectroscopic-reaction cell: New opportunities for elucidating the active site and related reaction mechanism in catalysis | doi = 10.1016/j.cattod.2005.11.076 | journal = Catalysis Today | volume = 113 | issue = 1–2 | pages = 3–15 | year = 2006 | s2cid = 95348251 }}</ref> समय-समाधान स्पेक्ट्रम विज्ञान सैद्धांतिक रूप से उत्प्रेरक के सक्रिय स्थल पर मध्यवर्ती प्रजातियों के गठन और गायब होने की निगरानी करता है क्योंकि बांड वास्तविक समय में बनते और टूटते हैं। हालांकि, वर्तमान ऑपरेंडो इंस्ट्रूमेंटेशन अधिकांशतः केवल दूसरे या उपसेकंड समय के पैमाने पर काम करता है और इसलिए, केवल मध्यवर्ती के सापेक्ष सांद्रता का आकलन किया जा सकता है।<ref name= "Tinnemans"/>स्थानिक रूप से हल स्पेक्ट्रम विज्ञान अध्ययन किए गए उत्प्रेरक और प्रतिक्रिया में सम्मलित दर्शक प्रजातियों की सक्रिय साइटों को निर्धारित करने के लिए माइक्रोस्कोपी के साथ स्पेक्ट्रम विज्ञान को जोड़ती है।<ref name= "Tinnemans"/> | ||
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=== सेल डिजाइन === | === सेल डिजाइन === | ||
ऑपरेंडो | ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान को (आदर्श रूप से) वास्तविक कामकाजी परिस्थितियों के अनुसार उत्प्रेरक के माप की आवश्यकता होती है, जिसमें औद्योगिक रूप से उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं के तुलनीय तापमान और दबाव वातावरण सम्मिलित होते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया पोत में एक स्पेक्ट्रोस्कोपिक उपकरण डाला जाता है। प्रतिक्रिया के मापदंडों को उचित इंस्ट्रूमेंटेशन अर्थात ऑनलाइन मास स्पेक्ट्रम विज्ञान , गैस क्रोमैटोग्राफी या आईआर/एनएमआर स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग करके प्रतिक्रिया के समय लगातार मापा जाता है।<ref name= "Tinnemans"/>ऑपरेंडो इंस्ट्रूमेंट्स (इन सीटू सेल) को आदर्श रूप से इष्टतम प्रतिक्रिया स्थितियों के अनुसार स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप की अनुमति देनी चाहिए।<ref>{{Cite journal|last1=Loupe|first1=Neili|last2=Doan|first2=Jonathan|last3=Smotkin|first3=Eugene S.|date=2017|title=Twenty years of operando IR, X-ray absorption, and Raman spectroscopy: Direct methanol and hydrogen fuel cells|journal=Catalysis Today|language=en|volume=283|pages=11–26|doi=10.1016/j.cattod.2016.06.012}}</ref> अधिकांश औद्योगिक उत्प्रेरण प्रतिक्रियाओं के लिए अत्यधिक दबाव और तापमान की स्थिति की आवश्यकता होती है जो बाद में संकेतों के रिज़ॉल्यूशन को कम करके स्पेक्ट्रा की गुणवत्ता को कम कर देता है। वर्तमान में प्रतिक्रिया मापदंडों और सेल डिज़ाइन के कारण इस तकनीक की कई जटिलताएँ उत्पन्न होती हैं। उत्प्रेरक संक्रिया तंत्र के घटकों के साथ अन्योन्य क्रिया कर सकता है; सेल में खुली जगह अवशोषण स्पेक्ट्रा पर असर डाल सकती है, और प्रतिक्रिया में दर्शक प्रजातियों की उपस्थिति स्पेक्ट्रा के विश्लेषण को जटिल बना सकती है। ऑपरेंडो रिएक्शन-सेल डिज़ाइन का निरंतर विकास इष्टतम उत्प्रेरण स्थितियों और स्पेक्ट्रम विज्ञान के बीच समझौता करने की आवश्यकता को कम करने की दिशा में काम कर रहा है।<ref name= "Weckhuysen_book">{{cite book |editor-last=Weckhuysen |editor-first=B. M. |title=उत्प्रेरकों की इन-सीटू स्पेक्ट्रोस्कोपी|publisher=American Scientific Publishers Stevenson Ranch, CA |year=2004 |isbn=978-1-58883-026-5 }} एचटीटीपी://दसपास.लाइब्रेरी.ू.नल/बिटस्ट्रीम/हैंडल/1874/23445/वेखहुएसेन_04_इन_सिटोस्पेक्ट्रोस्कोप्यॉकटलिट्स.पीडीऍफ़</रेफ><ref name="Meunier">{{cite journal |last1=Meunier |first1=F. C. |title=विषम उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं की जांच के लिए काइनेटिक रूप से उपयुक्त ऑपरैंडो स्पेक्ट्रोस्कोपिक कोशिकाओं का डिजाइन और परीक्षण|doi=10.1039/b919705m |journal=Chemical Society Reviews |volume=39 |issue=12 |pages=4602–4614 |year=2010 |pmid=20936228 }}</ref> स्पेक्ट्रम विज्ञान के लिए पहुंच प्रदान करते समय इन रिएक्टरों को विशिष्ट तापमान और दबाव आवश्यकताओं को संभालना चाहिए। | ||
ऑपरेंडो प्रयोगों को डिजाइन करते समय विचार की जाने वाली अन्य आवश्यकताओं में अभिकर्मक और उत्पाद प्रवाह दर, उत्प्रेरक स्थिति, बीम पथ और विंडो स्थिति और आकार सम्मिलित | ऑपरेंडो प्रयोगों को डिजाइन करते समय विचार की जाने वाली अन्य आवश्यकताओं में अभिकर्मक और उत्पाद प्रवाह दर, उत्प्रेरक स्थिति, बीम पथ और विंडो स्थिति और आकार सम्मिलित हैं। ऑपरेंडो प्रयोगों को डिजाइन करते समय इन सभी कारकों को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि उपयोग की जाने वाली स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकें प्रतिक्रिया की स्थिति को बदल सकती हैं। इसका एक उदाहरण Tinnemans et al. द्वारा रिपोर्ट किया गया था, जिसमें कहा गया था कि रमन लेज़र द्वारा स्थानीय ताप 100 °C से अधिक तापमान दे सकता है।<ref name="Tinnemans_spot_heating">{{cite journal |last1=Tinnemans |first1=S. J. |last2=Kox |first2=M. H. F. |last3=Sletering |first3=M. W. |last4=Nijhuis |first4=T. A. (X.) |last5=Visser |first5=T. |last6=Weckhuysen |first6=B. M. |doi=10.1039/b602311h |title=रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ रिएक्टर में उत्प्रेरक ठोस को मापते समय स्थानीय ताप प्रभाव से निपटना|journal=Physical Chemistry Chemical Physics |volume=8 |issue=20 |pages=2413–2420 |year=2006 |pmid=16710489 |bibcode=2006PCCP....8.2413T|hdl=1874/20167 |s2cid=11675581 |hdl-access=free }</ref> इसके अतिरिक्त , Meunier रिपोर्ट करता है कि DRIFTS का उपयोग करते समय, क्रूसिबल कोर और उत्प्रेरक की उजागर सतह के बीच एक ध्यान देने योग्य तापमान अंतर (सैकड़ों डिग्री के क्रम में) IR-पारदर्शी खिड़कियों के कारण होने वाले नुकसान के कारण होता है। विश्लेषण के लिए आवश्यक।<ref name="Meunier"/> | ||
[[Image:Operando apparatus for heterogeneous catalysis.jpg|450px|thumb|right|विषम | [[Image:Operando apparatus for heterogeneous catalysis.jpg|450px|thumb|right|विषम उत्प्रेरण के लिए ऑपरेंडो उपकरण]] | ||
==== [[रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी]] ==== | ==== [[रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी|रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान]] ==== | ||
रमन | रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान एक विषम संचालन प्रयोग में एकीकृत करने के लिए सबसे आसान तरीकों में से एक है, क्योंकि ये प्रतिक्रियाएं सामान्यतः गैस चरण में होती हैं, इसलिए बहुत कम कूड़े का हस्तक्षेप होता है और उत्प्रेरक सतह पर प्रजातियों के लिए अच्छा डेटा प्राप्त किया जा सकता है।{{what?|date=September 2019}} रमन का उपयोग करने के लिए, उत्तेजना और पता लगाने के लिए दो ऑप्टिकल फाइबर युक्त एक छोटी सी प्रोब डालने की आवश्यकता होती है।<ref name= "Tinnemans"/>जांच की प्रकृति के कारण दबाव और गर्मी की जटिलताएं अनिवार्य रूप से नगण्य हैं। ऑपरेंडो कॉन्फोकल रमन माइक्रो- स्पेक्ट्रम विज्ञान को ईंधन सेल उत्प्रेरक परतों के प्रवाहित प्रतिक्रियाशील धाराओं और नियंत्रित तापमान के अध्ययन के लिए लागू किया गया है।<ref name="Kendrick et al.">{{cite journal|last1=Kendrick|first1=Ian|title=पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं की ऑपरेंडो रमन माइक्रो-स्पेक्ट्रोस्कोपी|journal=Journal of the Electrochemical Society|date=January 16, 2016|volume=163|issue=4|pages=H3152–H3159|doi=10.1149/2.0211604jes|s2cid=30431180 |url=http://jes.ecsdl.org/content/163/4/H3152.full.pdf}}</ref> | ||
==== यूवी-विज़ | ==== यूवी-विज़ स्पेक्ट्रम विज्ञान ==== | ||
ऑपरेंडो यूवी-विज़ | ऑपरेंडो यूवी-विज़ स्पेक्ट्रम विज्ञान कई सजातीय उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के लिए विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि ऑर्गोनोमेटिक प्रजातियां अधिकांशतः रंगीन होती हैं। फाइबर-ऑप्टिकल सेंसर अवशोषण स्पेक्ट्रा के माध्यम से समाधान के भीतर अभिकारकों की खपत और उत्पाद के उत्पादन की निगरानी की अनुमति देते हैं। गैस की खपत के साथ-साथ पीएच और विद्युत चालकता को भी एक ऑपरेंडो उपकरण के भीतर फाइबर-ऑप्टिक सेंसर का उपयोग करके मापा जा सकता है।<ref>{{Cite journal | last1 = Fischer | first1 = C. | last2 = Beweries | first2 = T. | last3 = Preetz | first3 = A. | last4 = Drexler | first4 = H. J. | last5 = Baumann | first5 = W. | last6 = Peitz | first6 = S. | last7 = Rosenthal | first7 = U. | last8 = Heller | first8 = D. | doi = 10.1016/j.cattod.2009.10.011 | title = Kinetic and mechanistic investigations in homogeneous catalysis using operando UV/vis spectroscopy | journal = Catalysis Today | volume = 155 | issue = 3–4 | pages = 282 | year = 2010 }}</ref> | ||
==== आईआर | ==== आईआर स्पेक्ट्रम विज्ञान ==== | ||
एक सन्दर्भ | एक सन्दर्भ के अध्ययन ने सीसीएल के अपघटन में गैसीय मध्यवर्ती के गठन की जांच की{{sub|4}} ला के ऊपर भाप की उपस्थिति में{{sub|2}ओ{{sub|3}} [[फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी|फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रम विज्ञान]] का उपयोग करना।<ref name ="Weckhuysen 2">{{Cite journal | last1 = Weckhuysen | first1 = B. M. | title = Determining the active site in a catalytic process: Operando spectroscopy is more than a buzzword | doi = 10.1039/B309650P | journal = Physical Chemistry Chemical Physics | volume = 5 | issue = 20 | pages = 4351–4360 | year = 2003 |bibcode = 2003PCCP....5.4351W }}</ref> इस प्रयोग ने प्रतिक्रिया तंत्र, सक्रिय साइट अभिविन्यास और सक्रिय साइट के लिए कौन सी प्रजातियां प्रतिस्पर्धा करती हैं, के बारे में उपयोगी जानकारी का उत्पादन किया। | ||
==== एक्स-रे विवर्तन ==== | ==== एक्स-रे विवर्तन ==== | ||
बीले एट अल द्वारा एक केस स्टडी। एक अनाकार | बीले एट अल द्वारा एक केस स्टडी। एक अनाकार पूर्ववर्ती जेल से लौह फॉस्फेट और [[बिस्मथ मोलिब्डेट]] उत्प्रेरक की तैयारी सम्मिलित है।<ref name ="Beale 2">{{Cite journal | last1 = Beale | first1 = A. M. | last2 = Sankar | first2 = G. | doi = 10.1016/S0168-583X(02)01412-X | title = In situ characterization of iron phosphate and bismuth molybdate catalysts prepared by hydrothermal methods: An EDXRD and combined XRD/XAS study | journal = Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms | volume = 199 | pages = 504–508 | year = 2003 |bibcode = 2003NIMPB.199..504B }}</ref> अध्ययन में पाया गया कि प्रतिक्रिया में कोई मध्यवर्ती चरण नहीं थे, और गतिज और संरचनात्मक जानकारी को निर्धारित करने में सहायता प्रदान मिली। लेख दिनांकित शब्द इन-सीटू का उपयोग करता है, लेकिन प्रयोग, संक्षेप में, एक ऑपरेंडो विधि का उपयोग करता है। हालांकि एक्स-रे विवर्तन को स्पेक्ट्रम विज्ञान विधि के रूप में नहीं गिना जाता है, लेकिन इसे अधिकांशतः उत्प्रेरण सहित विभिन्न क्षेत्रों में एक ऑपरैंडो विधि के रूप में उपयोग किया जाता है। | ||
==== [[एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी]] ==== | ==== [[एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी|एक्स-रे स्पेक्ट्रम विज्ञान]] ==== | ||
एक्स-रे | एक्स-रे स्पेक्ट्रम विज्ञान विधियों का उपयोग उत्प्रेरकों और अन्य कार्यात्मक सामग्रियों के वास्तविक संचालन विश्लेषण के लिए किया जा सकता है। Ni/GDC के साथ सल्फर की रेडॉक्स गतिकी{{what?|date=September 2019}} [[एनोड]] [[ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल]] (एसओएफसी ) के संचालन के समय मध्य और निम्न-श्रेणी के तापमान पर एक ऑपरेंडो एस के-एज [[XANES]] में अध्ययन किया गया है। नी उच्च तापमान एसओएफसी में एनोड के लिए एक विशिष्ट उत्प्रेरक सामग्री है।<ref name ="Nurk">{{Cite journal | last1 = Nurk | first1 = G. | last2 = Huthwelker | first2 = T. | last3 = Braun | first3 = A. | last4= Ludwig | first4 = Chr. | last5 = Lust | first5 = E.| last6 = Struis | first6 = R.P.W.J. | doi = 10.1016/j.jpowsour.2013.03.187 | title = Redox dynamics of sulphur with Ni/GDC anode during SOFC operation at mid- and low-range temperatures: An operando S K-edge XANES study | journal = Journal of Power Sources | volume = 240 | pages = 448–457 | year = 2013 | url = http://infoscience.epfl.ch/record/186648 }}</ref> | ||
इलेक्ट्रोकेमिकल स्थितियों के अनुसार | इलेक्ट्रोकेमिकल स्थितियों के अनुसार इस उच्च तापमान गैस-ठोस प्रतिक्रिया अध्ययन के लिए ऑपरैंडो स्पेक्ट्रो-इलेक्ट्रोकेमिकल सेल एक विशिष्ट उच्च तापमान विषम उत्प्रेरण सेल पर आधारित था, जो आगे विद्युत टर्मिनलों से सुसज्जित था। | ||
[[पीईएम-एफसी]] ईंधन कोशिकाओं पर ऑपरैंडो अध्ययन के लिए बहुत प्रारंभिक विधि विकास हाउबोल्ड एट अल द्वारा किया गया था। Forschungszentrum Jülich और [[HASYLAB]] में। विशेष रूप से उन्होंने [[ईंधन सेल]] की विद्युत रासायनिक क्षमता के नियंत्रण के साथ XANES, [[EXAFS]] और [[SAXS]] और [[ASAXS]] अध्ययनों के लिए [[plexiglass]] स्पेक्ट्रो-इलेक्ट्रोकेमिकल सेल विकसित किए। ईंधन सेल के संचालन के अनुसार | [[पीईएम-एफसी]] ईंधन कोशिकाओं पर ऑपरैंडो अध्ययन के लिए बहुत प्रारंभिक विधि विकास हाउबोल्ड एट अल द्वारा किया गया था। Forschungszentrum Jülich और [[HASYLAB|एचएएसवाईएलएबी]] में। विशेष रूप से उन्होंने [[ईंधन सेल]] की विद्युत रासायनिक क्षमता के नियंत्रण के साथ XANES, [[EXAFS]] और [[SAXS]] और [[ASAXS]] अध्ययनों के लिए [[plexiglass]] स्पेक्ट्रो-इलेक्ट्रोकेमिकल सेल विकसित किए। ईंधन सेल के संचालन के अनुसार उन्होंने [[ प्लैटिनम |प्लैटिनम]] [[विद्युत उत्प्रेरक]] के कण आकार और ऑक्सीकरण स्थिति और खोल गठन के परिवर्तन को निर्धारित किया।<ref name ="Haubold">{{Cite journal | last1 = Haubold | first1 = H.G. | last2 = Wang | first2 = X. H. | last3 = Jungbluth | first3 = H. | last4= Goerigk | first4 = G. | last5 = Schilling | first5 = W. | doi = 10.1016/s0022-2860(96)09300-3 | title = सीटू विषम छोटे-कोण एक्स-रे बिखरने और एक्स-रे अवशोषण निकट-किनारे संरचना में उत्प्रेरक संरचनाओं और प्रतिक्रियाओं की जांच| journal = Journal of Molecular Structure | volume = 383 | issue = 1 | pages = 283 | year = 1996 |bibcode =1996JMoSt.383..283H }}</ref> एसओएफसी संचालन स्थितियों के विपरीत, यह परिवेश के तापमान के अनुसार तरल वातावरण में पीईएम-एफसी अध्ययन था। | ||
एक ही ऑपरेंडो विधि बैटरी अनुसंधान पर लागू होती है और एक [[कैथोड]] में इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय तत्वों के ऑक्सीकरण स्थिति के परिवर्तनों पर जानकारी प्राप्त करती है जैसे कि XANES के माध्यम से Mn, अवस्था ाभिषेक खोल और EXAFS के माध्यम से बांड की लंबाई की जानकारी, और बैटरी संचालन के समय | एक ही ऑपरेंडो विधि बैटरी अनुसंधान पर लागू होती है और एक [[कैथोड]] में इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय तत्वों के ऑक्सीकरण स्थिति के परिवर्तनों पर जानकारी प्राप्त करती है जैसे कि XANES के माध्यम से Mn, अवस्था ाभिषेक खोल और EXAFS के माध्यम से बांड की लंबाई की जानकारी, और बैटरी संचालन के समय माइक्रोस्ट्रक्चर परिवर्तन की जानकारी ASAXS के माध्यम से।<ref name ="Braun1">{{Cite journal | last1 = Braun | first1 = A. | last2 = Shrout | first2 = S. | last3 = Fowlks | first3 = A.C. | last4= Osaisai | first4 = B. | last5 = Seifert | first5 = S.| last6 = Granlund | first6 = E. | last7 = Cairns | first7 = E.J. | doi = 10.1107/S090904950300709X | title = एक्स-रे स्कैटरिंग, विवर्तन और स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल इन सीटू रिएक्शन सेल| journal = Journal of Synchrotron Radiation | volume = 10 | issue = 4 | pages = 320–325 | year = 2003 | pmid = 12824932| osti = 835348 | s2cid = 8639151 | doi-access = free }}</ref> चूंकि लिथियम आयन बैटरियां इंटरकलेशन बैटरियां हैं, इसलिए प्रचालन के समय बड़ी मात्रा में होने वाली रसायन और इलेक्ट्रॉनिक संरचना की जानकारी रुचिकर होती है। इसके लिए हार्ड [[एक्स-रे रमन स्कैटरिंग]] का उपयोग कर सॉफ्ट एक्स-रे की जानकारी प्राप्त की जा सकती है।<ref name ="Braun2">{{Cite journal | last1 = Braun | first1 = A. | last2 = Nordlund | first2 = D. | last3 = Song | first3 = S.-W. | last4= Huang | first4 = T.-W. | last5 = Sokaras | first5 = D.| last6 = Liu | first6 = X.S. | last7 = Yang | first7 = W. | last8 = Weng | first8 = T.C. | last9 = Liu | first9 = Z. | doi = 10.1016/j.elspec.2015.03.005 | title = Hard X-rays in–soft X-rays out: An operando piggyback view deep into a charging lithium ion battery with X-ray Raman spectroscopy | journal = Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena | volume = 200 | pages = 257–263 | year = 2015 | doi-access = free }}</ref> | ||
इरिडियम ऑक्साइड पर ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक चक्र के अध्ययन के लिए निश्चित ऊर्जा विधियों ( | इरिडियम ऑक्साइड पर ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक चक्र के अध्ययन के लिए निश्चित ऊर्जा विधियों (एफईएक्सआरएवी) को विकसित और लागू किया गया है। एफईएक्सआरएवी में इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया के समय इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में इलेक्ट्रोड क्षमता में भिन्नता होने पर एक निश्चित ऊर्जा पर अवशोषण गुणांक रिकॉर्ड करना सम्मिलित है। यह विभिन्न प्रायोगिक स्थितियों (जैसे, इलेक्ट्रोलाइट की प्रकृति, संभावित विंडो) के अनुसार कई प्रणालियों की तेजी से स्क्रीनिंग प्राप्त करने की अनुमति देता है, प्रारंभिक से लेकर गहरे XAS प्रयोगों तक।<ref>{{cite journal |last1=Minguzzi |first1=Alessandro |last2=Lugaresi |first2=Ottavio |last3=Locatelli |first3=Cristina |last4=Rondinini |first4=Sandra |last5=D'Acapito |first5=Francesco |last6=Achilli |first6=Elisabetta |last7=Ghigna |first7=Paolo |title=निश्चित ऊर्जा एक्स-रे अवशोषण वोल्टामेट्री|journal=Analytical Chemistry |date=2013 |volume=85 |issue=15 |pages=7009–13 |doi=10.1021/ac401414v|pmid=23859008 }}</ref> | ||
नरम एक्स-रे शासन (अर्थात | नरम एक्स-रे शासन (अर्थात फोटॉन ऊर्जा <1000 eV के साथ) का उपयोग विषम ठोस-गैस प्रतिक्रिया की जांच के लिए लाभप्रद रूप से किया जा सकता है। इस सन्दर्भ में, यह प्रमाणित हो गया है कि XAS गैस चरण और ठोस सतह अवस्था दोनों के प्रति संवेदनशील हो सकता है।<ref>{{cite journal |last1=Braglia |first1=Luca |last2=Fracchia |first2=Martina |last3=Ghigna |first3=Paolo |last4=Minguzzi |first4=Alessandro |last5=Meroni |first5=Daniela |last6=Edla |first6=Raju |last7=Vandichel |first7=Matthias |last8=Ahlberg |first8=Elisabet |last9=Cerrato |first9=Giuseppina |last10=Torelli |first10=Piero |title=Understanding Solid–Gas Reaction Mechanisms by Operando Soft X-Ray Absorption Spectroscopy at Ambient Pressure |journal=J. Phys. Chem. C |date=2020 |volume=124 |issue=26 |pages=14202–14212 |doi=10.1021/acs.jpcc.0c02546|pmid=33815647 |pmc=8008446 |hdl=10344/9048 |hdl-access=free }}</ref> | ||
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==== गैस क्रोमैटोग्राफी ==== | ==== गैस क्रोमैटोग्राफी ==== | ||
एक सन्दर्भ | एक सन्दर्भ के अध्ययन ने माइक्रो-जीसी का उपयोग करके प्रोपेन से प्रोपेन के डीहाइड्रोजनीकरण की निगरानी की।<ref name="Weckhuysen 2"/>प्रयोग के लिए पुनरुत्पादन क्षमता अधिक थी। अध्ययन में पाया गया कि उत्प्रेरक (Cr/Al{{sub|2}ओ{{sub|3}}) गतिविधि 28 मिनट के बाद निरंतर अधिकतम 10% तक बढ़ी - एक उत्प्रेरक की कार्य स्थिरता में एक औद्योगिक रूप से उपयोगी अंतर्दृष्टि। | ||
==== मास | ==== मास स्पेक्ट्रम विज्ञान ==== | ||
एक ऑपरेंडो प्रयोग के दूसरे घटक के रूप में द्रव्यमान | एक ऑपरेंडो प्रयोग के दूसरे घटक के रूप में द्रव्यमान स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग विश्लेषण के द्रव्यमान स्पेक्ट्रम प्राप्त करने से पहले ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा प्राप्त करने की अनुमति देता है।<ref name ="Vikse">{{Cite journal | last1 = Vikse | first1 = K. L. | last2 = Henderson | first2 = M. A. | last3 = Oliver | first3 = A. G. | last4 = McIndoe | first4 = J. S. | title = पैलेडियम-उत्प्रेरित क्रॉस-युग्मन में नकारात्मक-आयन इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा प्रमुख मध्यवर्ती का प्रत्यक्ष अवलोकन| doi = 10.1039/c0cc02773a | journal = Chemical Communications | volume = 46 | issue = 39 | pages = 7412–7414 | year = 2010 | pmid = 20830371}}</ref> थर्मल गिरावट के बिना नमूनों को आयनित करने की क्षमता के कारण [[इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण]] अन्य आयनीकरण विधियों की तुलना में पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला का विश्लेषण करने की अनुमति देता है। 2017 में, प्रो. फ्रैंक क्रेस्पिल्हो और सहकर्मियों ने डिफरेंशियल इलेक्ट्रोकेमिकल मास स्पेक्ट्रम विज्ञान (डीईएमएस) द्वारा एंजाइम गतिविधि मूल्यांकन के उद्देश्य से ऑपरैंडो डीईएमएस के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रस्तुत किया। डीईएमएस द्वारा इथेनॉल ऑक्सीकरण के लिए एनएडी-निर्भर अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज (एडीएच) एंजाइम की जांच की गई। बायोइलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण के अनुसार और अभूतपूर्व सटीकता के साथ प्राप्त व्यापक द्रव्यमान स्पेक्ट्रा का उपयोग एंजाइम कैनेटीक्स और तंत्र में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए किया गया था।<ref>{{cite journal |last1=de Souza |first1=João C. P. |last2=Silva |first2=Wanderson O. |last3=Lima |first3=Fabio H. B. |last4=Crespilho |first4=Frank N. |title=डिफरेंशियल इलेक्ट्रोकेमिकल मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा एंजाइम गतिविधि का मूल्यांकन|journal=Chemical Communications |date=2017 |volume=53 |issue=60 |pages=8400–8402 |doi=10.1039/C7CC03963H|pmid=28681865 }}</ref> | ||
==== प्रतिबाधा | ==== प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम विज्ञान ==== | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
=== [[नैनो]] टेक्नोलॉजी === | === [[नैनो]] टेक्नोलॉजी === | ||
ऑपरेंडो | ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान सतह रसायन विज्ञान के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है। सामग्री विज्ञान में उपयोग की जाने वाली नैनो तकनीक में लगभग 1-100 एनएम के नैनो-स्केल में कम से कम एक आयाम के साथ अभिकर्मक सतह पर सक्रिय उत्प्रेरक साइटें सम्मिलित होती हैं। जैसे-जैसे कण का आकार घटता है, सतह का क्षेत्रफल बढ़ता जाता है। इसका परिणाम अधिक प्रतिक्रियाशील उत्प्रेरक सतह में होता है।<ref name=nano>[http://www.nanowerk.com/nanotechnology/introduction/introduction_to_nanotechnology_1.php "Nanotechnology Introduction – What is nanotechnology?"]. ''Nanowerk''.</ref> अद्वितीय चुनौतियों को प्रस्तुत करते हुए इन प्रतिक्रियाओं का कम पैमाना कई अवसर प्रदान करता है; उदाहरण के लिए, क्रिस्टल के बहुत छोटे आकार (कभी-कभी <5 nm) के कारण, कोई भी [[एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी]] विवर्तन संकेत बहुत कमजोर हो सकता है।<ref name="Miguel">{{Cite journal | last1 = Bañares | first1 = M. A. | title = Operando Spectroscopy: The Knowledge Bridge to Assessing Structure-Performance Relationships in Catalyst Nanoparticles | doi = 10.1002/adma.201101803 | journal = Advanced Materials | volume = 23 | issue = 44 | pages = 5293–5301 | year = 2011 | pmid = 22299144| bibcode = 2011AdM....23.5293B | s2cid = 36377103 }}</ref> | ||
चूंकि | चूंकि उत्प्रेरण एक सतही प्रक्रिया है, उत्प्रेरक अध्ययन में एक विशेष चुनौती उत्प्रेरक रूप से सक्रिय सतह के सामान्यतः कमजोर स्पेक्ट्रोस्कोपिक सिग्नल को निष्क्रिय बल्क संरचना के खिलाफ हल करना है। सूक्ष्म से नैनो पैमाने पर जाने से कणों के सतह से आयतन अनुपात में वृद्धि होती है, जिससे बल्क के सापेक्ष सतह के संकेत को अधिकतम किया जाता है।<ref name="Miguel"/> | ||
इसके अतिरिक्त , जैसा कि प्रतिक्रिया का पैमाना नैनो पैमाने की ओर घटता है, अलग-अलग प्रक्रियाओं को समझा जा सकता है जो अन्यथा थोक प्रतिक्रिया के औसत संकेत में खो जाएंगे।<ref name="Miguel"/>दर्शकों, मध्यवर्ती और प्रतिक्रियाशील साइटों जैसे कई संयोग चरणों और प्रजातियों से बना है।<ref name ="Weckhuysen 2"/> | इसके अतिरिक्त , जैसा कि प्रतिक्रिया का पैमाना नैनो पैमाने की ओर घटता है, अलग-अलग प्रक्रियाओं को समझा जा सकता है जो अन्यथा थोक प्रतिक्रिया के औसत संकेत में खो जाएंगे।<ref name="Miguel"/>दर्शकों, मध्यवर्ती और प्रतिक्रियाशील साइटों जैसे कई संयोग चरणों और प्रजातियों से बना है।<ref name ="Weckhuysen 2"/> | ||
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=== [[विषम कटैलिसीस]] === | === [[विषम कटैलिसीस]] === | ||
ऑपरेंडो | ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान व्यापक रूप से विषम उत्प्रेरण पर लागू होता है, जिसका उपयोग बड़े पैमाने पर औद्योगिक रसायन विज्ञान में किया जाता है। | ||
विषम | विषम उत्प्रेरण की निगरानी के लिए ऑपरेंडो पद्धति का एक उदाहरण प्रोपेन का डिहाइड्रोजनेशन है जो सामान्यतः औद्योगिक पेट्रोलियम में उपयोग किए जाने वाले मोलिब्डेनम उत्प्रेरक के साथ होता है।<ref name="Beale">{{Cite journal | last1 = Beale | first1 = A. M. | last2 = Van Der Eerden | first2 = A. M. J. | last3 = Kervinen | first3 = K. | last4 = Newton | first4 = M. A. | last5 = Weckhuysen | first5 = B. M. | title = Adding a third dimension to operando spectroscopy: A combined UV-Vis, Raman and XAFS setup to study heterogeneous catalysts under working conditions | doi = 10.1039/b504027b | journal = Chemical Communications | issue = 24 | pages = 3015–7 | year = 2005 | pmid = 15959569| hdl = 1874/14870 | s2cid = 40371651 | hdl-access = free }}</ref> मो/एसआईओ{{sub|2}} मो / अल पर{{sub|2}ओ{{sub|2}} [[ इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद |इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद]] /UV/VIS स्पेक्ट्रम विज्ञान |UV-Vis, NMR/UV-Vis, और रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान से जुड़े एक ऑपरैंडो सेटअप के साथ अध्ययन किया गया। अध्ययन ने वास्तविक समय में ठोस मोलिब्डेनम उत्प्रेरक की जांच की। यह निर्धारित किया गया था कि मोलिब्डेनम उत्प्रेरक ने प्रोपेन डिहाइड्रोजनीकरण गतिविधि का प्रदर्शन किया, लेकिन समय के साथ निष्क्रिय हो गया। स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा से पता चला है कि सबसे अधिक संभावित उत्प्रेरक सक्रिय अवस्था थी {{chem2|Mo(4+)}} प्रोपेन के उत्पादन में। उत्प्रेरक की निष्क्रियता [[कोक (ईंधन)]] के गठन और अपरिवर्तनीय गठन के परिणाम के रूप में निर्धारित की गई थी {{chem2|MoO3}} क्रिस्टल, जिन्हें वापस कम करना मुश्किल था {{chem2|Mo(4+)}}.<ref name="Tinnemans"/><ref name="Beale"/>प्रोपेन के डीहाइड्रोजनीकरण को क्रोमियम उत्प्रेरक के साथ भी कम करके प्राप्त किया जा सकता है {{chem2|Cr(6+)}} को {{chem2|Cr(3+)}}.<ref name= "Tinnemans"/>[[ प्रोपीन | प्रोपीन]] विश्व स्तर पर उपयोग की जाने वाली सबसे महत्वपूर्ण कार्बनिक प्रारंभिक सामग्रियों में से एक है, विशेष रूप से विभिन्न प्लास्टिक के संश्लेषण में। इसलिए, प्रोपलीन का उत्पादन करने के लिए प्रभावी उत्प्रेरक का विकास बहुत रुचि का है।<ref name="George">[http://www.wisegeek.com/what-is-propylene.htm Polyethylene Glycol]. wisegeek.com</ref> ऐसे उत्प्रेरकों के आगे अनुसंधान और विकास के लिए ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान बहुत महत्वपूर्ण है। | ||
=== सजातीय कटैलिसीस === | === सजातीय कटैलिसीस === | ||
ऑपरेंडो रमन, यूवी-विज़ और तनु कुल परावर्तन | एटीआर-आईआर का संयोजन समाधान में सजातीय | ऑपरेंडो रमन, यूवी-विज़ और तनु कुल परावर्तन | एटीआर-आईआर का संयोजन समाधान में सजातीय उत्प्रेरण का अध्ययन करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। संक्रमण-धातु परिसर कार्बनिक अणुओं पर उत्प्रेरक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं कर सकते हैं; हालाँकि, संबंधित प्रतिक्रिया के अधिकांश रास्ते अभी भी अस्पष्ट हैं। उदाहरण के लिए, उच्च पीएच पर [[सैलकोमाइन]] उत्प्रेरक द्वारा वेरेट्रील अल्कोहल के ऑक्सीकरण का एक ऑपरेंडो अध्ययन<ref name= "Tinnemans"/>निर्धारित किया कि एल्डिहाइड के लिए दो सब्सट्रेट अणुओं के प्रारंभिक ऑक्सीकरण के बाद पानी में आणविक ऑक्सीजन की कमी होती है, और यह कि दर निर्धारण कदम उत्पाद की टुकड़ी है।<ref>{{Cite journal | last1 = Kervinen | first1 = K. | last2 = Korpi | first2 = H. | last3 = Gerbrand Mesu | first3 = J. | last4 = Soulimani | first4 = F. | last5 = Repo | first5 = T. | last6 = Rieger | first6 = B. | last7 = Leskelä | first7 = M. | last8 = Weckhuysen | first8 = B. M. | doi = 10.1002/ejic.200500042 | title = Mechanistic Insights into the Oxidation of Veratryl Alcohol with Co(salen) and Oxygen in Aqueous Media: An in-situ Spectroscopic Study | journal = European Journal of Inorganic Chemistry | volume = 2005 | issue = 13 | pages = 2591 | year = 2005 | hdl = 1874/14863 | s2cid = 98647166 | hdl-access = free }}</ref> सामग्री विज्ञान और फार्मास्यूटिकल्स के आगे के विकास के लिए कार्बनिक अणुओं पर ऑर्गेनोमेटेलिक उत्प्रेरक गतिविधि को समझना अविश्वसनीय रूप से मूल्यवान है। | ||
==संदर्भ== | ==संदर्भ== | ||
Revision as of 13:17, 2 July 2023
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ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान एक विश्लेषणात्मक पद्धति है जिसमें प्रतिक्रिया से गुजरने वाली सामग्रियों की स्पेक्ट्रम विज्ञान लक्षण को उत्प्रेरण गतिविधि और चयनात्मकता के माप के साथ 'एक साथ' जोड़ा जाता है।[1] इस पद्धति की प्राथमिक अभिरुचि उत्प्रेरकों की संरचना-प्रतिक्रियाशीलता/चयनात्मकता संबंध स्थापित करना है और इस प्रकार प्रतिक्रिया तंत्र के बारे में जानकारी प्राप्त करना है। अन्य उपयोगों में सम्मलित उत्प्रेरक सामग्री और प्रक्रियाओं में इंजीनियरिंग सुधार और नए विकास में सम्मिलित हैं।[2]
संक्षिप्त विवरण और शर्तें
कार्बधात्विक उत्प्रेरण के संदर्भ में, एक स्वस्थाने रसायन विज्ञान और रासायनिक इंजीनियरिंग प्रतिक्रिया में उत्प्रेरक की कार्यक्षमता में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में सहायता प्रदान करने के लिए मास स्पेक्ट्रम विज्ञान, एनएमआर, अवरक्त स्पेक्ट्रम विज्ञान और गैस वर्णलेखन जैसी तकनीकों का उपयोग करके उत्प्रेरक प्रक्रिया का वास्तविक समय माप सम्मिलित है। .
लगभग 90% औद्योगिक पूर्ववर्ती रसायनों को उत्प्रेरक का उपयोग करके संश्लेषित किया जाता है।[3] इष्टतम दक्षता और अधिकतम उत्पाद उपज के साथ उत्प्रेरक बनाने के लिए उत्प्रेरक तंत्र और सक्रिय साइट को समझना महत्वपूर्ण है।
सीटू परमाणु भट्टी सेल डिज़ाइन में सामान्यतः वास्तविक उत्प्रेरक प्रतिक्रिया अध्ययन के लिए आवश्यक दबाव और तापमान स्थिरता में असमर्थ होते हैं, जिससे ये कोशिकाएं अपर्याप्त हो जाती हैं। कई स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकों में तरल हीलियम तापमान की आवश्यकता होती है, जिससे वे उत्प्रेरक प्रक्रियाओं के वास्तविक दुनिया के अध्ययन के लिए अनुपयुक्त हो जाते हैं।[1]इसलिए, ऑपरेंडो अभिक्रिया विधि में सीटू स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप तकनीकों में सम्मिलित होना चाहिए, लेकिन वास्तविक उत्प्रेरक गतिज स्थितियों के अनुसार सम्मिलित होना चाहिए।[1]
ऑपरेंडो (काम करने के लिए लैटिन)[4] स्पेक्ट्रम विज्ञान एक कार्यशील उत्प्रेरक के निरंतर स्पेक्ट्रा संग्रह को संदर्भित करता है, जिससे उत्प्रेरक की संरचना और गतिविधि/चयनात्मकता दोनों के एक साथ मूल्यांकन की अनुमति मिलती है।
इतिहास
ऑपरेंडो शब्द पहली बार 2002 में उत्प्रेरक साहित्य में दिखाई दिया।[1]यह मिगुएल ए बनारेस द्वारा निर्मित किया गया था, जिन्होंने कार्यप्रणाली को इस तरह से नाम देने की मांग की, जिसने एक कार्यात्मक सामग्री को देखने के विचार पर कब्जा कर लिया - इस सन्दर्भ में एक उत्प्रेरक - वास्तविक कार्य, अर्थात उपकरण संचालन, स्थितियों के अनुसार । ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान पर पहला अंतर्राष्ट्रीय कांग्रेस मार्च 2003 में लुंटरेन, नीदरलैंड्स में हुआ था।[3]इसके बाद 2006 में और सम्मेलन हुए (टोलेडो, स्पेन),[5]2009 (रोस्टॉक, जर्मनी), 2012 (ब्रुकवेन, यूएसए), और 2015 (ड्यूविल, फ्रांस)।[6] काम की परिस्थितियों में उत्प्रेरकों की स्पेक्ट्रम विज्ञान के अनुसंधान क्षेत्र के लिए इन सीटू से ऑपरैंडो में नाम परिवर्तन का प्रस्ताव लुंटरेन कांग्रेस में किया गया था।[3]
एक सामग्री की संरचना, संपत्ति और कार्य को मापने का विश्लेषणात्मक सिद्धांत, एक घटक अलग हो गया है या एक उपकरण के हिस्से के रूप में एक साथ संचालन की स्थिति में उत्प्रेरण और उत्प्रेरक तक सीमित नहीं है। बैटरी और ईंधन सेल उनके इलेक्ट्रोकेमिकल फ़ंक्शन के संबंध में ऑपरेंडो अध्ययन के अंतर्गत हैं।
कार्यप्रणाली
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान एफटीआईआर या एनएमआर जैसी विशिष्ट स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीक के अतिरिक्त कार्यप्रणाली का एक वर्ग है। ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान एक तार्किक तकनीकी प्रगति है सीटू अध्ययन में। उत्प्रेरक वैज्ञानिक आदर्श रूप से प्रत्येक उत्प्रेरक चक्र की एक गति चित्र रखना पसंद करेंगे, जिससे सक्रिय स्थल पर होने वाली सटीक बंधन-निर्माण या बंधन-विच्छेद की घटनाओं का पता चल सके;[7]यह तंत्र के एक दृश्य मॉडल के निर्माण की अनुमति देगा। अंतिम लक्ष्य एक ही प्रतिक्रिया के सब्सट्रेट-उत्प्रेरक प्रजातियों के संरचना-गतिविधि संबंध को निर्धारित करना है। दो प्रयोग होने से - एक प्रतिक्रिया का प्रदर्शन और प्रतिक्रिया मिश्रण का वास्तविक समय वर्णक्रमीय अधिग्रहण - एक ही प्रतिक्रिया पर उत्प्रेरक और मध्यवर्ती की संरचनाओं और उत्प्रेरक गतिविधि / चयनात्मकता के बीच एक सीधा लिंक की सुविधा प्रदान करता है। हालांकि सीटू में एक उत्प्रेरक प्रक्रिया की निगरानी उत्प्रेरक कार्य के लिए प्रासंगिक जानकारी प्रदान कर सकती है, सीटू परमाणु भट्टी कोशिकाओं की वर्तमान भौतिक सीमाओं के कारण एक पूर्ण सहसंबंध स्थापित करना मुश्किल है। जटिलताएं उत्पन्न होती हैं, उदाहरण के लिए, गैस चरण प्रतिक्रियाओं के लिए जिसके लिए बड़ी शून्य मात्रा की आवश्यकता होती है, जिससे कोशिका के भीतर गर्मी और द्रव्यमान को समरूप बनाना मुश्किल हो जाता है।[1]इसलिए, एक सफल ऑपरेंडो कार्यप्रणाली की जड़, प्रयोगशाला सेटअप और औद्योगिक सेटअप के बीच असमानता से संबंधित है, अर्थात , उत्प्रेरक प्रणाली को ठीक से अनुकरण करने की सीमाएं, क्योंकि यह उद्योग में आगे बढ़ती है।
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान का उद्देश्य समय-समाधान (और कभी-कभी स्थानिक रूप से हल) स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग करके ऑपरेशन के समय परमाणु भट्टी के भीतर होने वाले उत्प्रेरक परिवर्तनों को मापना है।[7] समय-समाधान स्पेक्ट्रम विज्ञान सैद्धांतिक रूप से उत्प्रेरक के सक्रिय स्थल पर मध्यवर्ती प्रजातियों के गठन और गायब होने की निगरानी करता है क्योंकि बांड वास्तविक समय में बनते और टूटते हैं। हालांकि, वर्तमान ऑपरेंडो इंस्ट्रूमेंटेशन अधिकांशतः केवल दूसरे या उपसेकंड समय के पैमाने पर काम करता है और इसलिए, केवल मध्यवर्ती के सापेक्ष सांद्रता का आकलन किया जा सकता है।[7]स्थानिक रूप से हल स्पेक्ट्रम विज्ञान अध्ययन किए गए उत्प्रेरक और प्रतिक्रिया में सम्मलित दर्शक प्रजातियों की सक्रिय साइटों को निर्धारित करने के लिए माइक्रोस्कोपी के साथ स्पेक्ट्रम विज्ञान को जोड़ती है।[7]
सेल डिजाइन
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान को (आदर्श रूप से) वास्तविक कामकाजी परिस्थितियों के अनुसार उत्प्रेरक के माप की आवश्यकता होती है, जिसमें औद्योगिक रूप से उत्प्रेरित प्रतिक्रियाओं के तुलनीय तापमान और दबाव वातावरण सम्मिलित होते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया पोत में एक स्पेक्ट्रोस्कोपिक उपकरण डाला जाता है। प्रतिक्रिया के मापदंडों को उचित इंस्ट्रूमेंटेशन अर्थात ऑनलाइन मास स्पेक्ट्रम विज्ञान , गैस क्रोमैटोग्राफी या आईआर/एनएमआर स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग करके प्रतिक्रिया के समय लगातार मापा जाता है।[7]ऑपरेंडो इंस्ट्रूमेंट्स (इन सीटू सेल) को आदर्श रूप से इष्टतम प्रतिक्रिया स्थितियों के अनुसार स्पेक्ट्रोस्कोपिक माप की अनुमति देनी चाहिए।[8] अधिकांश औद्योगिक उत्प्रेरण प्रतिक्रियाओं के लिए अत्यधिक दबाव और तापमान की स्थिति की आवश्यकता होती है जो बाद में संकेतों के रिज़ॉल्यूशन को कम करके स्पेक्ट्रा की गुणवत्ता को कम कर देता है। वर्तमान में प्रतिक्रिया मापदंडों और सेल डिज़ाइन के कारण इस तकनीक की कई जटिलताएँ उत्पन्न होती हैं। उत्प्रेरक संक्रिया तंत्र के घटकों के साथ अन्योन्य क्रिया कर सकता है; सेल में खुली जगह अवशोषण स्पेक्ट्रा पर असर डाल सकती है, और प्रतिक्रिया में दर्शक प्रजातियों की उपस्थिति स्पेक्ट्रा के विश्लेषण को जटिल बना सकती है। ऑपरेंडो रिएक्शन-सेल डिज़ाइन का निरंतर विकास इष्टतम उत्प्रेरण स्थितियों और स्पेक्ट्रम विज्ञान के बीच समझौता करने की आवश्यकता को कम करने की दिशा में काम कर रहा है।Cite error: Closing </ref> missing for <ref> tag स्पेक्ट्रम विज्ञान के लिए पहुंच प्रदान करते समय इन रिएक्टरों को विशिष्ट तापमान और दबाव आवश्यकताओं को संभालना चाहिए।
ऑपरेंडो प्रयोगों को डिजाइन करते समय विचार की जाने वाली अन्य आवश्यकताओं में अभिकर्मक और उत्पाद प्रवाह दर, उत्प्रेरक स्थिति, बीम पथ और विंडो स्थिति और आकार सम्मिलित हैं। ऑपरेंडो प्रयोगों को डिजाइन करते समय इन सभी कारकों को भी ध्यान में रखा जाना चाहिए, क्योंकि उपयोग की जाने वाली स्पेक्ट्रोस्कोपिक तकनीकें प्रतिक्रिया की स्थिति को बदल सकती हैं। इसका एक उदाहरण Tinnemans et al. द्वारा रिपोर्ट किया गया था, जिसमें कहा गया था कि रमन लेज़र द्वारा स्थानीय ताप 100 °C से अधिक तापमान दे सकता है।[9] इसके अतिरिक्त , Meunier रिपोर्ट करता है कि DRIFTS का उपयोग करते समय, क्रूसिबल कोर और उत्प्रेरक की उजागर सतह के बीच एक ध्यान देने योग्य तापमान अंतर (सैकड़ों डिग्री के क्रम में) IR-पारदर्शी खिड़कियों के कारण होने वाले नुकसान के कारण होता है। विश्लेषण के लिए आवश्यक।[10]
रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान
रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान एक विषम संचालन प्रयोग में एकीकृत करने के लिए सबसे आसान तरीकों में से एक है, क्योंकि ये प्रतिक्रियाएं सामान्यतः गैस चरण में होती हैं, इसलिए बहुत कम कूड़े का हस्तक्षेप होता है और उत्प्रेरक सतह पर प्रजातियों के लिए अच्छा डेटा प्राप्त किया जा सकता है।[clarification needed] रमन का उपयोग करने के लिए, उत्तेजना और पता लगाने के लिए दो ऑप्टिकल फाइबर युक्त एक छोटी सी प्रोब डालने की आवश्यकता होती है।[7]जांच की प्रकृति के कारण दबाव और गर्मी की जटिलताएं अनिवार्य रूप से नगण्य हैं। ऑपरेंडो कॉन्फोकल रमन माइक्रो- स्पेक्ट्रम विज्ञान को ईंधन सेल उत्प्रेरक परतों के प्रवाहित प्रतिक्रियाशील धाराओं और नियंत्रित तापमान के अध्ययन के लिए लागू किया गया है।[11]
यूवी-विज़ स्पेक्ट्रम विज्ञान
ऑपरेंडो यूवी-विज़ स्पेक्ट्रम विज्ञान कई सजातीय उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के लिए विशेष रूप से उपयोगी है क्योंकि ऑर्गोनोमेटिक प्रजातियां अधिकांशतः रंगीन होती हैं। फाइबर-ऑप्टिकल सेंसर अवशोषण स्पेक्ट्रा के माध्यम से समाधान के भीतर अभिकारकों की खपत और उत्पाद के उत्पादन की निगरानी की अनुमति देते हैं। गैस की खपत के साथ-साथ पीएच और विद्युत चालकता को भी एक ऑपरेंडो उपकरण के भीतर फाइबर-ऑप्टिक सेंसर का उपयोग करके मापा जा सकता है।[12]
आईआर स्पेक्ट्रम विज्ञान
एक सन्दर्भ के अध्ययन ने सीसीएल के अपघटन में गैसीय मध्यवर्ती के गठन की जांच की4 ला के ऊपर भाप की उपस्थिति में{{sub|2}ओ3 फूरियर रूपांतरण अवरक्त स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग करना।[13] इस प्रयोग ने प्रतिक्रिया तंत्र, सक्रिय साइट अभिविन्यास और सक्रिय साइट के लिए कौन सी प्रजातियां प्रतिस्पर्धा करती हैं, के बारे में उपयोगी जानकारी का उत्पादन किया।
एक्स-रे विवर्तन
बीले एट अल द्वारा एक केस स्टडी। एक अनाकार पूर्ववर्ती जेल से लौह फॉस्फेट और बिस्मथ मोलिब्डेट उत्प्रेरक की तैयारी सम्मिलित है।[14] अध्ययन में पाया गया कि प्रतिक्रिया में कोई मध्यवर्ती चरण नहीं थे, और गतिज और संरचनात्मक जानकारी को निर्धारित करने में सहायता प्रदान मिली। लेख दिनांकित शब्द इन-सीटू का उपयोग करता है, लेकिन प्रयोग, संक्षेप में, एक ऑपरेंडो विधि का उपयोग करता है। हालांकि एक्स-रे विवर्तन को स्पेक्ट्रम विज्ञान विधि के रूप में नहीं गिना जाता है, लेकिन इसे अधिकांशतः उत्प्रेरण सहित विभिन्न क्षेत्रों में एक ऑपरैंडो विधि के रूप में उपयोग किया जाता है।
एक्स-रे स्पेक्ट्रम विज्ञान
एक्स-रे स्पेक्ट्रम विज्ञान विधियों का उपयोग उत्प्रेरकों और अन्य कार्यात्मक सामग्रियों के वास्तविक संचालन विश्लेषण के लिए किया जा सकता है। Ni/GDC के साथ सल्फर की रेडॉक्स गतिकी[clarification needed] एनोड ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी ) के संचालन के समय मध्य और निम्न-श्रेणी के तापमान पर एक ऑपरेंडो एस के-एज XANES में अध्ययन किया गया है। नी उच्च तापमान एसओएफसी में एनोड के लिए एक विशिष्ट उत्प्रेरक सामग्री है।[15] इलेक्ट्रोकेमिकल स्थितियों के अनुसार इस उच्च तापमान गैस-ठोस प्रतिक्रिया अध्ययन के लिए ऑपरैंडो स्पेक्ट्रो-इलेक्ट्रोकेमिकल सेल एक विशिष्ट उच्च तापमान विषम उत्प्रेरण सेल पर आधारित था, जो आगे विद्युत टर्मिनलों से सुसज्जित था।
पीईएम-एफसी ईंधन कोशिकाओं पर ऑपरैंडो अध्ययन के लिए बहुत प्रारंभिक विधि विकास हाउबोल्ड एट अल द्वारा किया गया था। Forschungszentrum Jülich और एचएएसवाईएलएबी में। विशेष रूप से उन्होंने ईंधन सेल की विद्युत रासायनिक क्षमता के नियंत्रण के साथ XANES, EXAFS और SAXS और ASAXS अध्ययनों के लिए plexiglass स्पेक्ट्रो-इलेक्ट्रोकेमिकल सेल विकसित किए। ईंधन सेल के संचालन के अनुसार उन्होंने प्लैटिनम विद्युत उत्प्रेरक के कण आकार और ऑक्सीकरण स्थिति और खोल गठन के परिवर्तन को निर्धारित किया।[16] एसओएफसी संचालन स्थितियों के विपरीत, यह परिवेश के तापमान के अनुसार तरल वातावरण में पीईएम-एफसी अध्ययन था।
एक ही ऑपरेंडो विधि बैटरी अनुसंधान पर लागू होती है और एक कैथोड में इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय तत्वों के ऑक्सीकरण स्थिति के परिवर्तनों पर जानकारी प्राप्त करती है जैसे कि XANES के माध्यम से Mn, अवस्था ाभिषेक खोल और EXAFS के माध्यम से बांड की लंबाई की जानकारी, और बैटरी संचालन के समय माइक्रोस्ट्रक्चर परिवर्तन की जानकारी ASAXS के माध्यम से।[17] चूंकि लिथियम आयन बैटरियां इंटरकलेशन बैटरियां हैं, इसलिए प्रचालन के समय बड़ी मात्रा में होने वाली रसायन और इलेक्ट्रॉनिक संरचना की जानकारी रुचिकर होती है। इसके लिए हार्ड एक्स-रे रमन स्कैटरिंग का उपयोग कर सॉफ्ट एक्स-रे की जानकारी प्राप्त की जा सकती है।[18] इरिडियम ऑक्साइड पर ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया के लिए उत्प्रेरक चक्र के अध्ययन के लिए निश्चित ऊर्जा विधियों (एफईएक्सआरएवी) को विकसित और लागू किया गया है। एफईएक्सआरएवी में इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया के समय इलेक्ट्रोकेमिकल सेल में इलेक्ट्रोड क्षमता में भिन्नता होने पर एक निश्चित ऊर्जा पर अवशोषण गुणांक रिकॉर्ड करना सम्मिलित है। यह विभिन्न प्रायोगिक स्थितियों (जैसे, इलेक्ट्रोलाइट की प्रकृति, संभावित विंडो) के अनुसार कई प्रणालियों की तेजी से स्क्रीनिंग प्राप्त करने की अनुमति देता है, प्रारंभिक से लेकर गहरे XAS प्रयोगों तक।[19]
नरम एक्स-रे शासन (अर्थात फोटॉन ऊर्जा <1000 eV के साथ) का उपयोग विषम ठोस-गैस प्रतिक्रिया की जांच के लिए लाभप्रद रूप से किया जा सकता है। इस सन्दर्भ में, यह प्रमाणित हो गया है कि XAS गैस चरण और ठोस सतह अवस्था दोनों के प्रति संवेदनशील हो सकता है।[20]
गैस क्रोमैटोग्राफी
एक सन्दर्भ के अध्ययन ने माइक्रो-जीसी का उपयोग करके प्रोपेन से प्रोपेन के डीहाइड्रोजनीकरण की निगरानी की।[13]प्रयोग के लिए पुनरुत्पादन क्षमता अधिक थी। अध्ययन में पाया गया कि उत्प्रेरक (Cr/Al{{sub|2}ओ3) गतिविधि 28 मिनट के बाद निरंतर अधिकतम 10% तक बढ़ी - एक उत्प्रेरक की कार्य स्थिरता में एक औद्योगिक रूप से उपयोगी अंतर्दृष्टि।
मास स्पेक्ट्रम विज्ञान
एक ऑपरेंडो प्रयोग के दूसरे घटक के रूप में द्रव्यमान स्पेक्ट्रम विज्ञान का उपयोग विश्लेषण के द्रव्यमान स्पेक्ट्रम प्राप्त करने से पहले ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा प्राप्त करने की अनुमति देता है।[21] थर्मल गिरावट के बिना नमूनों को आयनित करने की क्षमता के कारण इलेक्ट्रोस्प्रे आयनीकरण अन्य आयनीकरण विधियों की तुलना में पदार्थों की एक विस्तृत श्रृंखला का विश्लेषण करने की अनुमति देता है। 2017 में, प्रो. फ्रैंक क्रेस्पिल्हो और सहकर्मियों ने डिफरेंशियल इलेक्ट्रोकेमिकल मास स्पेक्ट्रम विज्ञान (डीईएमएस) द्वारा एंजाइम गतिविधि मूल्यांकन के उद्देश्य से ऑपरैंडो डीईएमएस के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रस्तुत किया। डीईएमएस द्वारा इथेनॉल ऑक्सीकरण के लिए एनएडी-निर्भर अल्कोहल डिहाइड्रोजनेज (एडीएच) एंजाइम की जांच की गई। बायोइलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण के अनुसार और अभूतपूर्व सटीकता के साथ प्राप्त व्यापक द्रव्यमान स्पेक्ट्रा का उपयोग एंजाइम कैनेटीक्स और तंत्र में नई अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए किया गया था।[22]
प्रतिबाधा स्पेक्ट्रम विज्ञान
अनुप्रयोग
नैनो टेक्नोलॉजी
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान सतह रसायन विज्ञान के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है। सामग्री विज्ञान में उपयोग की जाने वाली नैनो तकनीक में लगभग 1-100 एनएम के नैनो-स्केल में कम से कम एक आयाम के साथ अभिकर्मक सतह पर सक्रिय उत्प्रेरक साइटें सम्मिलित होती हैं। जैसे-जैसे कण का आकार घटता है, सतह का क्षेत्रफल बढ़ता जाता है। इसका परिणाम अधिक प्रतिक्रियाशील उत्प्रेरक सतह में होता है।[23] अद्वितीय चुनौतियों को प्रस्तुत करते हुए इन प्रतिक्रियाओं का कम पैमाना कई अवसर प्रदान करता है; उदाहरण के लिए, क्रिस्टल के बहुत छोटे आकार (कभी-कभी <5 nm) के कारण, कोई भी एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी विवर्तन संकेत बहुत कमजोर हो सकता है।[24] चूंकि उत्प्रेरण एक सतही प्रक्रिया है, उत्प्रेरक अध्ययन में एक विशेष चुनौती उत्प्रेरक रूप से सक्रिय सतह के सामान्यतः कमजोर स्पेक्ट्रोस्कोपिक सिग्नल को निष्क्रिय बल्क संरचना के खिलाफ हल करना है। सूक्ष्म से नैनो पैमाने पर जाने से कणों के सतह से आयतन अनुपात में वृद्धि होती है, जिससे बल्क के सापेक्ष सतह के संकेत को अधिकतम किया जाता है।[24]
इसके अतिरिक्त , जैसा कि प्रतिक्रिया का पैमाना नैनो पैमाने की ओर घटता है, अलग-अलग प्रक्रियाओं को समझा जा सकता है जो अन्यथा थोक प्रतिक्रिया के औसत संकेत में खो जाएंगे।[24]दर्शकों, मध्यवर्ती और प्रतिक्रियाशील साइटों जैसे कई संयोग चरणों और प्रजातियों से बना है।[13]
विषम कटैलिसीस
ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान व्यापक रूप से विषम उत्प्रेरण पर लागू होता है, जिसका उपयोग बड़े पैमाने पर औद्योगिक रसायन विज्ञान में किया जाता है। विषम उत्प्रेरण की निगरानी के लिए ऑपरेंडो पद्धति का एक उदाहरण प्रोपेन का डिहाइड्रोजनेशन है जो सामान्यतः औद्योगिक पेट्रोलियम में उपयोग किए जाने वाले मोलिब्डेनम उत्प्रेरक के साथ होता है।[25] मो/एसआईओ2 मो / अल पर{{sub|2}ओ2 इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक अनुनाद /UV/VIS स्पेक्ट्रम विज्ञान |UV-Vis, NMR/UV-Vis, और रमन स्पेक्ट्रम विज्ञान से जुड़े एक ऑपरैंडो सेटअप के साथ अध्ययन किया गया। अध्ययन ने वास्तविक समय में ठोस मोलिब्डेनम उत्प्रेरक की जांच की। यह निर्धारित किया गया था कि मोलिब्डेनम उत्प्रेरक ने प्रोपेन डिहाइड्रोजनीकरण गतिविधि का प्रदर्शन किया, लेकिन समय के साथ निष्क्रिय हो गया। स्पेक्ट्रोस्कोपिक डेटा से पता चला है कि सबसे अधिक संभावित उत्प्रेरक सक्रिय अवस्था थी Mo4+ प्रोपेन के उत्पादन में। उत्प्रेरक की निष्क्रियता कोक (ईंधन) के गठन और अपरिवर्तनीय गठन के परिणाम के रूप में निर्धारित की गई थी MoO3 क्रिस्टल, जिन्हें वापस कम करना मुश्किल था Mo4+.[7][25]प्रोपेन के डीहाइड्रोजनीकरण को क्रोमियम उत्प्रेरक के साथ भी कम करके प्राप्त किया जा सकता है Cr6+ को Cr3+.[7] प्रोपीन विश्व स्तर पर उपयोग की जाने वाली सबसे महत्वपूर्ण कार्बनिक प्रारंभिक सामग्रियों में से एक है, विशेष रूप से विभिन्न प्लास्टिक के संश्लेषण में। इसलिए, प्रोपलीन का उत्पादन करने के लिए प्रभावी उत्प्रेरक का विकास बहुत रुचि का है।[26] ऐसे उत्प्रेरकों के आगे अनुसंधान और विकास के लिए ऑपरेंडो स्पेक्ट्रम विज्ञान बहुत महत्वपूर्ण है।
सजातीय कटैलिसीस
ऑपरेंडो रमन, यूवी-विज़ और तनु कुल परावर्तन | एटीआर-आईआर का संयोजन समाधान में सजातीय उत्प्रेरण का अध्ययन करने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। संक्रमण-धातु परिसर कार्बनिक अणुओं पर उत्प्रेरक ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाएं कर सकते हैं; हालाँकि, संबंधित प्रतिक्रिया के अधिकांश रास्ते अभी भी अस्पष्ट हैं। उदाहरण के लिए, उच्च पीएच पर सैलकोमाइन उत्प्रेरक द्वारा वेरेट्रील अल्कोहल के ऑक्सीकरण का एक ऑपरेंडो अध्ययन[7]निर्धारित किया कि एल्डिहाइड के लिए दो सब्सट्रेट अणुओं के प्रारंभिक ऑक्सीकरण के बाद पानी में आणविक ऑक्सीजन की कमी होती है, और यह कि दर निर्धारण कदम उत्पाद की टुकड़ी है।[27] सामग्री विज्ञान और फार्मास्यूटिकल्स के आगे के विकास के लिए कार्बनिक अणुओं पर ऑर्गेनोमेटेलिक उत्प्रेरक गतिविधि को समझना अविश्वसनीय रूप से मूल्यवान है।
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