Cu-SSZ-13 is a highly active NH3-SCR catalyst for the abatement of harmful nitrogen oxides (NO x , x = 1, 2) from the exhausts of lean-burn engines. The study of Cu-speciation occurring upon thermal dehydration is a key step for the understanding of the enhanced catalytic properties of this material and for identifying the SCR active sites and their redox capability. Herein, we combined FTIR, X-ray absorption (XAS) and emission (XES) spectroscopies with DFT computational analysis to elucidate the nature and location of the most abundant Cu sites in the activated catalyst. Different Cu species have been found to be dominant as a function of the dehydration temperature and conditions. Data analysis revealed that the dehydration process of Cu cations is essentially completed at 250 °C, with the formation of dehydrated [CuOH]+ species hosted in close proximity to 1-Al sites in both d6r and 8r units of the SSZ-13 matrix. These species persist at higher temperatures only if a certain amount of O2 is present in the gas feed, while under inert conditions they undergo virtually total "self-reduction" as a consequence of an OH extra-ligand loss, resulting in bi-coordinated bare Cu+ cations. Synchrotron characterization supported by computational analysis allowed an unprecedented quantitative refinement of the local environment and structural parameters of these Cu(ii) and Cu(i) species.

In the typical NH3-SCR temperature range (100-500 °C), ammonia is one of the main adsorbed species on acidic sites of Cu-SSZ-13 catalyst. Therefore, the study of adsorbed ammonia at high temperature is a key step for the understanding of its role in the NH3-SCR catalytic cycle. We employed different spectroscopic techniques to investigate the nature of the different complexes occurring upon NH3 interaction. In particular, FTIR spectroscopy revealed the formation of different NH3 species, that is, (i) NH3 bonded to copper centers, (ii) NH3 bonded to Brønsted sites, and (iii) NH4(+)·nNH3 associations. XANES and XES spectroscopy allowed us to get an insight into the geometry and electronic structure of Cu centers upon NH3 adsorption, revealing for the first time in Cu-SSZ-13 the presence of linear Cu(+) species in Ofw-Cu-NH3 or H3N-Cu-NH3 configuration.

Accurate modeling of the X-ray absorption near-edge spectra (XANES) is required to unravel the local structure of metal sites in complex systems and their structural changes upon chemical or light stimuli. Two relevant examples are reported here concerning the following: (i) the effect of molecular adsorption on 3d metals hosted inside metal-organic frameworks and (ii) light induced dynamics of spin crossover in metal-organic complexes. In both cases, the amount of structural models for simulation can reach a hundred, depending on the number of structural parameters. Thus, the choice of an accurate but computationally demanding finite difference method for the ab initio X-ray absorption simulations severely restricts the range of molecular systems that can be analyzed by personal computers. Employing the FDMNES code [Phys. Rev. B, 2001, 63, 125120] we show that this problem can be handled if a proper diagonalization scheme is applied. Due to the use of dedicated solvers for sparse matrices, the calculation time was reduced by more than 1 order of magnitude compared to the standard Gaussian method, while the amount of required RAM was halved. Ni K-edge XANES simulations performed by the accelerated version of the code allowed analyzing the coordination geometry of CO and NO on the Ni active sites in CPO-27-Ni MOF. The Ni-CO configuration was found to be linear, while Ni-NO was bent by almost 90°. Modeling of the Fe K-edge XANES of photoexcited aqueous [Fe(bpy)3](2+) with a 100 ps delay we identified the Fe-N distance elongation and bipyridine rotation upon transition from the initial low-spin to the final high-spin state. Subsequently, the X-ray absorption spectrum for the intermediate triplet state with expected 100 fs lifetime was theoretically predicted.

In this study, pervaporation membranes from synthetic biodegradable polyvinyl alcohol (PVA) with improved properties for isopropanol dehydration were developed through modification with a synthesized In(BTC) metal–organic framework. The improvement in the PVA membrane properties was achieved by varying the In(BTC) concentration (2.5–7 wt.%) in the PVA matrix to allow us to select the optimal concentration for the membrane, which was further chemically cross-linked with maleic acid to increase the resistance, and developing a cross-linked supported membrane from the optimal PVA/5%In(BTC) composite for promising industrial applications. The synthesized In(BTC) and membranes were characterized by using spectroscopic, microscopic, X-ray diffraction, and thermogravimetric analysis methods, as well as swelling degree, contact angle measurements, and the Brunauer–Emmett–Teller adsorption model. The obtained regularities were confirmed by quantum chemical calculations. The cross-linked supported membrane from PVA/5%In(BTC) had optimal transport properties for isopropanol dehydration (20–90 wt.% water), 99.9–89.0 wt.% water in the permeate, and 0.142–0.341 kg/(m2h) of permeation flux, the rate of which was four times higher compared to the PVA membrane in separating 20–30 wt.% water/isopropanol.

Graphene and its derivatives have become essential materials in modern biomedical research due to their positive impact on various applications. Moreover, the integration of graphene-based materials with microfluidics technology has opened up new possibilities. The novelty of the current review is considering comprehensive analysis of the transformative impact of graphene and its derivatives in biomedical applications, particularly highlighting the integration with microfluidics technology. While many studies have focused on individual applications of graphene, this review uniquely present a holistic view of its potential across various biomedical fields, including drug delivery, gene delivery, tissue engineering, and photothermal treatment, detection, sensor with respect to conventional and microfluidics techniques. In this review, we analysed published research to unveil the increasing interest in graphene's potential applications in healthcare and medicine, as well as its prospects for further exploration. We explore the fundamental concepts of graphene, its properties, and its latest applications in medical implants and biological fields within the context of microfluidics and conventional prospects. The review also addresses the challenges and limitations of these materials and their promising future, recognizing that graphene research is still in its early stages compared to commercial applications.