应用分享-结构柔性解决方案 MOF材料的环境与非环境衍射变化监测

应用分享-结构柔性解决方案

MOF材料的环境与非环境衍射变化监测

—致敬诺奖获得者及其突破性成果

布鲁克X射线部门 孟璐

2025年诺贝尔化学奖授予北川进(Susumu Kitagawa)、理查德·罗布森(Richard Robson)和奥马尔·M·亚吉(Omar M. Yaghi)，以表彰他们“在金属有机框架领域的发展"。

日本京都大学的北川进(Susumu Kitagawa)生于1951年，专注于金属有机框架材料的基础研究和应用开发。

理查德·罗布森(Richard Robson)就职澳大利亚墨尔本大学，生于1937年，为金属有机框架的理论基础做出重要贡献。

奥马尔·M·亚吉(Omar M. Yaghi)为美国加州大学伯克利分校教授，在金属有机框架的合成方法和实际应用方面取得重大突破。

正如评委会高层海纳·林克所言，MOF带来了定制新材料的无限可能。这份荣誉不只是对三位先驱的致敬，更礼赞了全球所有投身MOF研究的科研工作者—是他们的接续探索，让实验室的突破照进现实。

当MOF材料凭借诺奖级的创新前景，在环保、能源等领域展现出无限可能时，如何精确解析其结构特性、挖掘更多应用价值，成为科研转化的关键，而布鲁克早已在这一领域布局，为MOF研究提供着专业解决方案。

本篇文章着重介绍布鲁克AXS在结构柔性的解决方案：MOF材料的环境与非环境衍射变化监测。

针对MOF材料结构解析及表征，AXS部门主要有两类产品平台：

1.       单晶X射线衍射平台

2.       粉末X射线衍射平台—非环境条件结构监测

一、单晶X射线衍射平台

主要产品为：D8 QUEST/VENTURE

产品特色：

1.       可实现晶体结构测定、变温或变压研究以及电荷密度研究

2.       实验室级“线站"触手可及

用于MOF研究的探测器：PHOTON系列

MOFs通常具有以下特点：

·       衍射强度范围大：衍射强度从非常强到极其弱都有涵盖，探测器的动态范围必须能够妥善处理这种变化范围。

·       在相对较低的分辨率下，晶体的衍射强度会迅速衰减。

·       Photon IV 探测器采用混合模式检测技术，兼具电荷积分模式和光子计数模式，同时能对强点和弱点进行高准确度检测。

用于MOFs研究的微焦斑光源: IµS钻石混合靶光源

·       金属有机骨架材料通常晶体比较小。

有了微焦斑光源，我们可以对这些晶体进行更好的测试！

·       极大强度聚焦于小颗粒晶体，样品尺寸与光束尺寸相匹配，产生的背景散射更少，信噪比更高。

·       IµS DIAMOND II采用了Incoatec公司的有混合钻石阳极技术，将光源强度提升到了超转靶级别，而且零维护。

·       双光源配置下，只需一键，就可实现即时的波长切换—无需仪器重新校准！ 

▲IµS测试数据

用于MOF研究的“室内同步辐射"光源：METALJET

·       液态金属阳极能够承受远高于固体靶材的密度负载。

o       具有超高亮度且焦点尺寸小于 70 微米的束流。

o       针对微小晶粒，能够极大限度地提高信噪比。

·       新一代MetalJet-MC性能媲美第三代同步辐射…

▲METALJET测试数据

单晶衍射布鲁克AXS方案具有以下特点：

·       低运行成本(例如，能源消耗)

·       稳定且免维护

·       所有组件的主动空气冷却

·       无需额外的配件，如水冷或真空泵

·       无停机时间的峰值性能!

·       模块化设置方便后续升级

·       原位测试功能：低温（低至28K），高温（高至1000℃）、高压DAC..

·       功能强的全功能软件包

·       AI自动化

·       多样化服务和支持

二、粉末X射线衍射平台—非环境条件结构监测

主要产品为：D6 PHASER、D8 ADVANCE/DISCOVER

产品特色：

可实现物象鉴别、微观结构解析和对分布函数测试及分析

非环境条件：

·       样品安装在专门的支架/腔室中

·       可改变样品环境：温度、湿度、压力、电流/电压…

非环境条件也可以用于单晶衍射仪，但只限于温度和压力。

非环境衍射在桌面衍射仪的应用

D6 PHASER:台式粉末衍射平台

·       标准粉末衍射:

o       基于Bragg-Brentano进行反射测试；

o       基于箔或毛细管进行透射测试；

·       使用Anton-Paar BTS-500进行可变温度研究。

先进技术:

·       GID、XRR、应力和纹理配对分布函数

D6 PHASER with BTS-500 Temperature Chamber

DIFFRAC.EVA能够将非环境数据以二维图表的形式呈现出来。标记出发生相变（例如脱水）的特定数据集。

▲CAU-10脱水明显，二次转变也明显

DIFFRAC.TOPAS 可用于对所有衍射图谱进行同步精修：

▲晶格参数清楚地显示了相变和热膨胀

非环境衍射在落地式衍射仪的应用

D8 ADVANCE with CHC+ Temperature/Humidity Chamber

D8 ADVANCE-提供全范围的粉末衍射应用:

·       从物象鉴定和定量到结构解析和对分布函数分析

·       更普遍的非环境腔室范围，包括MTC-HIGHTEMP和Anton PaarCHC+

·       组件识别简化了样品台更换、仪器可自动重新配置

使用DIFFRAC.SUITE软件，可以为具有变化湿度（下）和变化温度（上）的情况分别定义一个单独的程序。

DIFFRAC.EVA显示了不同温度下的相变： 

▲30℃：从35.9% RH开始 50℃：从42.0% RH开始

结合合适的结构数据库(如COD或PDF)，DIFFRAC.EVA识别相变前后物象。

无论您的MOF结构问题是什么，束蕴仪器都能有适合您需求的解决方案。

-转载于《布鲁克X射线部门》公众号