Multinuclear Solid-State Nuclear Magnetic Resonance of Inorganic Materials (eBook)

Front Cover 1
Multinuclear Solid-State NMR of Inorganic Materials 4
Copyright Page 5
Contents 10
Preface 6
Chapter 1. Introduction 22
1.1. Methodology of Materials Characterisation by NMR???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 24
1.2. Historical Aspects of NMR Spectroscopy???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 27
1.3. Brief Description of the NMR Experiment?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 28
1.4. Further Reading?????????????????????????????????????????????????????? 38
References?????????????????????????????????? 39
Chapter 2. Physical Background 42
2.1. Fundamental Interaction with External Magnetic Fields?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 44
2.2. Internal Interactions?????????????????????????????????????????????????????????????????? 56
2.3. One Dimensional Methods for Improving Resolution???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 79
2.4. Dipolar Decoupling???????????????????????????????????????????????????????????? 99
2.5. Spin-locking???????????????????????????????????????????????? 104
2.6. Cross-Polarisation???????????????????????????????????????????????????????????? 106
2.7. Two-Dimensional Methods?????????????????????????????????????????????????????????????????????? 111
2.8. NMR Relaxation???????????????????????????????????????????????????? 119
References?????????????????????????????????? 126
Chapter 3. Experimental Approaches 130
3.1. Basic Experimental Principles of FT NMR?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 132
3.2. Instrumentation?????????????????????????????????????????????????????? 133
3.3. Practical Acquisition of NMR Spectra???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 148
3.4. Static Broad Line Experiments?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 154
3.5. One-Dimensional High Resolution Techniques???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 159
3.6. Two-Dimensional Experiments?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 174
3.7. Summary of Approaches for Examining Quadrupole Nuclei?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 193
3.8. Multiple Resonance???????????????????????????????????????????????????????????? 193
3.9. Techniques for Determining Relaxation Times and Motional Parameters?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 204
3.10. NMR Under Varying Physical Conditions???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 208
References?????????????????????????????????? 211
Chapter 4. 29Si NMR 220
4.1. General Considerations???????????????????????????????????????????????????????????????????? 222
4.2. Si-O Compounds???????????????????????????????????????????????????? 226
4.3. Order-Disorder Effects in Minerals???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 229
4.4. Identification of Silicate Minerals?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 233
4.5. Thermal Decomposition of Silicate Minerals???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 235
4.6. Relationships between 29Si Chemical Shift (?) and Structure 238
4.7. Five and Six-Coordinated Si-O Compounds?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 246
4.8. Cross-Polarisation (CPMAS) Experiments???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 248
4.9. Glasses, Gels and Other Amorphous Materials 251
4.10. Si-N and Si-N-O Compounds???????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 265
4.11. Si-AL-O-N Compounds 268
4.12. Other Metal Silicon Nitrides and Oxynitrides?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 274
4.13. Si-C, Si-C-O and Si-C-N Compounds 276
4.14. Other Materials???????????????????????????????????????????????????????? 278
References?????????????????????????????????? 281
Chapter 5. 27AL NMR 290
5.1. General Considerations???????????????????????????????????????????????????????????????????? 292
5.2. Chemical Shifts in 27Al Spectra 293
5.3. Five-Coordinated Al-O 302
5.4. Aluminium Oxides???????????????????????????????????????????????????????? 312
5.5. Amorphous Aluminium Compounds?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 315
5.6. Aluminophosphates?????????????????????????????????????????????????????????? 325
5.7. Aluminium Borate and Molybdate???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 328
5.8. Aluminium Fluorides?????????????????????????????????????????????????????????????? 329
5.9. Thermal Decomposition Reactions?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 331
5.10. Cements???????????????????????????????????????? 334
5.11. Nitride and Oxynitride Compounds?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 337
5.12. Sialon Compounds?????????????????????????????????????????????????????????? 338
References?????????????????????????????????? 345
Chapter 6. 17 O NMR 352
6.1. Introduction???????????????????????????????????????????????? 354
6.2. Background???????????????????????????????????????????? 355
6.3. Binary Oxides?????????????????????????????????????????????????? 370
6.4. Crystalline Ternary Ionic Systems?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 376
6.5. Silicates and Germanates???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 380
6.6. Aluminium- and Gallium-Containing Systems?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 393
6.7. Boron-Containing Systems???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 402
6.8. Other Systems?????????????????????????????????????????????????? 405
6.9. Hydrogen-Containing Samples?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 407
6.10. High Temperature Ceramic Superconductors?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 409
References?????????????????????????????????? 411
Chapter 7. NMR of Other Commonly Studied Nuclei 418
7.1. 23Na NMR???????????????????????????????????????? 420
7.2. 11B NMR 441
7.3. 31P NMR 453
References?????????????????????????????????? 473
Chapter 8. NMR of Low-? Nuclides 480
8.1. General Considerations???????????????????????????????????????????????????????????????????? 482
8.2. NMR of Spin-1/2 Nuclei???????????????????????????????????????????????????????????????????? 483
8.3. Quadrupolar Nuclei???????????????????????????????????????????????????????????? 496
References?????????????????????????????????? 547
Chapter 9. NMR of Other Spin-1/2 Nuclei 554
9.1. Introduction???????????????????????????????????????????????? 556
9.2. Abundant High-? Nuclei 557
9.3. Dilute or Medium-? Nuclei 584
References?????????????????????????????????? 637
Chapter 10. NMR of Other Quadrupolar Nuclei 648
10.1. 6Li and 7Li NMR???????????????????????????????????????????????????????? 650
10.2. 9Be NMR???????????????????????????????????????? 660
10.3. 51V NMR 663
10.4. 63Cu and 65Cu NMR 670
10.5. 69Ga and 71Ga NMR???????????????????????????????????????????????????????????? 674
10.6. 87Rb NMR?????????????????????????????????????????? 679
10.7. 93Nb NMR?????????????????????????????????????????? 683
10.8. 133Cs NMR???????????????????????????????????????????? 686
10.9. 139La NMR???????????????????????????????????????????? 695
References?????????????????????????????????? 699
Chapter 11. Solid State NMR of Metals and Alloys 706
11.1. Introduction?????????????????????????????????????????????????? 708
11.2. Experimental Approaches???????????????????????????????????????????????????????????????????????? 710
11.3. Metallic Elements???????????????????????????????????????????????????????????? 712
11.4. Intermetallic Alloys?????????????????????????????????????????????????????????????????? 714
11.5. Phase Transformations, Ordering and Defect Sites 717
11.6. Phase Composition and Precipitation???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 719
11.7. Atomic Motion???????????????????????????????????????????????????? 721
References?????????????????????????????????? 722
Subject Index 724
Mineral Index 742