Всякое колебание свободной молекулы характеризуется своей частотой, но в процессе
адсорбции на поверхности, вследствие различных взаимодействий молекула может
претерпевать изменения, что влияет на частоты её колебаний. Для изучения взаимодействий,
происходящих во время адсорбции на различных поверхностях, превосходно подходит метод
инфракрасной спектроскопии.
При исследовании процессов адсорбции на поверхности твердого тела уделяют
внимание изменениям частот колебаний молекул или поверхностных функциональных
групп, на которых происходит адсорбция. Обычно эти изменения связывают с
адсорбционными взаимодействиями молекулы с самим твёрдым телом, но изменения также
происходят из-за взаимодействия адсорбированных молекул между собой, которые принято
называть латеральными, сильно зависящие от покрытия. Анализ спектральных проявлений
этих взаимодействий может дать принципиально новую информацию о процессах
диссипации колебательной энергии, а также свойствах поверхности, влияющих на её
свойства при катализе.
При изучении латеральных взаимодействий рассматривают статический и
динамический эффекты. Их влияние на колебательную систему можно наблюдать как
изменения, происходящие в инфракрасных спектрах. Вследствие адсорбции каждой
молекулы происходит перераспределение электронной плотности вблизи поверхности, что
влияет на уже адсорбированные молекулы, этот эффект называют статическим. Резонанс
колебаний одинаковых осцилляторов, называют динамическим взаимодействием. И те, и
другие взаимодействия могут наблюдаться в спектрах, как видоизменение частот полос и их
контуров. Для описания механизма формирования спектральных контуров полос из-за
динамический взаимодействий, зачастую используют механизм резонансных дипольдипольных (РДД) взаимодействий [1]–[5].
Целью данной работы было зарегистрировать, исследовать и интерпретировать
инфракрасные спектры поглощения молекул гексафторида серы (SF6) адсорбированных на
поверхностях цеолитов (деалюминированный фожазит, силикалит-1, HY-цеолит),
мезопористой структуре MCM-41 и аэросиле (SiO2). Проследить влияние латеральных
взаимодействий на формирование контуров полос адсорбированных молекул SF6, для
поверхностей одного состава (SiO2), но различной геометрии. Возможность латеральных
взаимодействий между SF6 и NF3 коадсорбированными на одной поверхности (ZnO,
силикалит-1, HY-цеолит, аэросил), ставилась как ещё одна задача для изучения.
1. Исследованы ИК спектры SF6, адсорбированного на нескольких модификациях SiO2:
деалюминированный фожазит, HY-цеолит, MCM-41, силикалит-1 и аэросил. Получены
температурные зависимости в интервале от 55K до 300K и зависимости от покрытия.
2. Показано что формы контуров полос поглощения адсорбированных молекул
чувствительны к геометрии адсорбента, которая задаёт структуру адсорбированного слоя.
3. Применение изотопного замещения подтвердило, что сложный контур полосы ν3
адсорбированных молекул SF6 на поверхности деалюминированного фожазита
объясняется динамическим взаимодействием.
4. Обнаружен эффект резкого изменения спектра адсорбированных молекул SF6 на
поверхности аэросила при понижении температуры от 77K до 55K, что связано с
локализацией молекул на силанольных группах. При адсорбции на силикалите
происходит также низкотемпературный эффект, который связан с формированием
кластеров в каналах силикалита.
5. При наблюдении спектров совместной адсорбции SF6 и NF3 на поверхности ZnO и
цеолита HY обнаружены полосы поглощения, которых нет при их раздельной адсорбции,
что можно интерпретировать как результат РДД взаимодействия между этими молекулами.
6. Для проведённых экспериментов по совместной адсорбции SF6 и NF3 одновременных
колебательных переходов наблюдать не удалось