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Translational and Rotational Dynamics of Molecules Confined in Zeolite Nanocages by Means of Deuteron NMR
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2017-11-15 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b06894 Z. T. Lalowicz 1 , A. Birczyński 1 , A. Krzyżak 2
The Journal of Physical Chemistry C ( IF 3.3 ) Pub Date : 2017-11-15 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b06894 Z. T. Lalowicz 1 , A. Birczyński 1 , A. Krzyżak 2
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The main aim of our approach is to gain a comprehensive view of mobility of small molecules in confinement as reported by 2H NMR spectroscopy. The spectra and spin–lattice relaxation were measured in a wide range of temperature. A set of molecules, D2,CD4,D2O,ND3,CD3OD and (CD3)2CO, was chosen and introduced into NaX and NaY zeolites. A wide range of loadings provides another dimension in studies of molecular mobility in confinement. Observed features reflect evolution on decreasing temperature of molecular dynamics from gaseous state over liquid-like rotational phase to immobilized molecules. Molecules become immobilized below the temperature TS, which appears to be an important parameter related to the strength of interactions with zeolite framework. For chosen zeolites, NaX and NaY, hydrogen bonding, and electrostatic interaction dominate, respectively. We restrict ourselves in reporting results above TS, as below molecular mobility is reduced to internal rotations when possible. The existence of D2O clusters and trimers of CD3OD gave particularly significant evidence for importance of their mutual interactions. A transition from translational to rotational mobility on decreasing temperature was a common observation, with transition temperature TTR as a significant parameter. Fast magnetization exchange between these two mobilities was considered as a model in analysis of the relaxation temperature dependence. We point out the effective value of the quadrupole coupling constant as justification for using the exchange model. A wealth of observed features proves particular sensitivity of 2H NMR spectroscopy in studies of molecular dynamics.
中文翻译：
利用氘核核磁共振法测定沸石纳米笼中分子的平移和旋转动力学
我们的方法的主要目的是获得2 H NMR光谱报告的小分子在封闭状态下的迁移率的综合视图。在很宽的温度范围内测量光谱和自旋-晶格弛豫。一组分子D 2，CD 4，D 2 O，ND 3，CD 3 OD和（CD 3）2选择了CO，并将其引入NaX和NaY沸石中。广泛的负载量为限制分子迁移率的研究提供了另一个维度。观察到的特征反映了分子动力学的温度从液态旋转相上的气态下降到固定化分子的演化过程。分子在低于温度T S的条件下变得固定，这似乎是与沸石骨架相互作用强度有关的重要参数。对于选定的沸石，NaX和NaY分别以氢键和静电相互作用为主。我们限制自己报告高于T S的结果，因为在可能的情况下，分子迁移率会降低至内部旋转。D 2的存在CD 3 OD的O簇和三聚体为其相互作用的重要性提供了特别重要的证据。通常观察到温度降低时从平移迁移率到旋转迁移率的转变，其中转变温度T TR为重要参数。这两种迁移率之间的快速磁化交换被认为是分析弛豫温度依赖性的模型。我们指出了四极耦合常数的有效值作为使用交换模型的理由。大量观察到的特征证明了2 H NMR光谱在分子动力学研究中的特殊敏感性。
更新日期：2017-11-15
中文翻译：
利用氘核核磁共振法测定沸石纳米笼中分子的平移和旋转动力学
我们的方法的主要目的是获得2 H NMR光谱报告的小分子在封闭状态下的迁移率的综合视图。在很宽的温度范围内测量光谱和自旋-晶格弛豫。一组分子D 2，CD 4，D 2 O，ND 3，CD 3 OD和（CD 3）2选择了CO，并将其引入NaX和NaY沸石中。广泛的负载量为限制分子迁移率的研究提供了另一个维度。观察到的特征反映了分子动力学的温度从液态旋转相上的气态下降到固定化分子的演化过程。分子在低于温度T S的条件下变得固定，这似乎是与沸石骨架相互作用强度有关的重要参数。对于选定的沸石，NaX和NaY分别以氢键和静电相互作用为主。我们限制自己报告高于T S的结果，因为在可能的情况下，分子迁移率会降低至内部旋转。D 2的存在CD 3 OD的O簇和三聚体为其相互作用的重要性提供了特别重要的证据。通常观察到温度降低时从平移迁移率到旋转迁移率的转变，其中转变温度T TR为重要参数。这两种迁移率之间的快速磁化交换被认为是分析弛豫温度依赖性的模型。我们指出了四极耦合常数的有效值作为使用交换模型的理由。大量观察到的特征证明了2 H NMR光谱在分子动力学研究中的特殊敏感性。
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