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Porträt Prof. Dr. Kvashnina, Kristina; FWOS

Prof. Dr. Kristina Kvashnina

Head of the Synchrotron Science Department
Responsible for the BM20 (ROBL) beamline at ESRF
k.kvashnina@hzdr.de
Tel.: +33 476 88 2367

Abteilung für Synchrotronstrahlungsbasierte Forschung

Methoden und Forschungsgebiete

Molecular Structures Uranyl ©Copyright: Dr. habil. Scheinost, Andreas

Synchrotron-Methoden zu Erforschung der Nahordnung, Oxidationstufe und dem Bindungsverhalten von Actiniden, unter Verwendung dieser Methoden: 

  • EXAFS: Röntgenabsorptionsspektroskopie zur Aufklärung der Nahordnung eines spezifischen Elements, d.h. der Anzahl, des radialen Abstandes und der Elementart der Atome in der Koordinationsschale und den folgenden Schalen bis ca. 5 Å Abstand.

  • HERFD-XANES: Hoch-aufgelöste zur Aufklärung von Oxidationsstufen

  • XES and RIXS: Röntgenemissionsspektroskopie und sogenannte "resonant inelastic X-ray spectroscopy" zur Aufklärung des Bindungscharakters (kovalent <-> ionisch)

  • P-XRD: Pulver-Diffraktometrie mit wesentlich höherer Auflösung oder höherer Geschwindigkeit (in-situ und in-operando Studien) im Vergleich zu Laborquellen.

  • SX-XRD: Einkristall-Diffraktion

  • Oberflächen-sensitive Techniken wie CTR (crystal truncation rods) und RAXR (resonant anomalous X-ray reflectivity)

  • EXAFS, HERFD-XANES, XES und RIXS sind nicht beschränkt auf kristalline Festphasen, sondern können auf einen weiten Bereich von Proben angewendet werden, um z. B. die wässrige Speziierung, die Komplexierung mit anorganischen (Chlorid, Sulfat, Nitrat,...) wie organischen Liganden (Acetat, Huminsaeuren,..), die Interaktion mit Bakterien und Pflanzen, oder die Sorption an Mineral- und Gesteinsoberflaechen zu untersuchen.

  • Wegen der grossen Penetrationstiefe der verwendetetn harten Röntgenstrahlung können die Methoden eingesetzt werden, um chemische Reaktionen in situ/ in operando zu untersuchen, z. B. bei sehr niedrigen oder hohen Temperaturen, unter spezifischen Atmosphären oder mit elektrochemischen Potenzial.

Equipment

Die Experimente werden an der Rossendorf Beamline (BM20-ROBL), an der European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble, Frankreich, durchgeführt.

Neuste Publikation

Super oxidized porous carbons for lanthanide sorption

Gurzęda, B.; Julia, J.; Amidani, L.; Prieur, D.; Christoph, J. S.; Kari, R.; Marius, E.; Simo, H.; Sergei, M. B.; Nicolas, B.; Alexandr, T.; Kvashnina, K.

Abstract

Super-oxidized porous carbon (SOPC) synthesized starting from pinecones is demonstrated as efficient sorbent for two lanthanide elements (Ce and Yb) from their nitrate solutions. Strong oxidation treatment applied to activated carbon with extremely high BET surface area (~3400 m2 g-1) resulted in synthesis of carbon material with oxidation degree on the same level as graphene oxide (C/O=2.1), a nanoporous structure with rather narrow pore size and a relatively large BET SSA of ~1200 m2 g-1. Despite the decrease of surface area, hydrophilic SOPC demonstrates strong enhancement of sorption capacity towards Ce and Yb reaching the level of 140-170 mg g-1, about 20-25 times higher compared to the hydrophobic non-oxidized activated carbon precursor. Analysis of advanced synchrotron radiation X-ray spectroscopy data allows us to assign the increase in sorption of metal cations to high abundance of oxygen functional groups double bonded to carbon. These groups are mostly located at generalized “pore edges” or vacancy defects in the atomically thin carbon walls of SOPC according to modelling of x-ray Raman scattering (XRS) spectra at the carbon K edge. Surprisingly, effects of nano-confinement are not revealed by the analysis of extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) spectra at the Yb L3 edge suggesting that Ce and Yb cations are accommodated at the entrance sites of sub-nm sized pores of SOPC in the hydrated state while maintaining an oxidation state found in the solutions. The SOPC allows to remove up to 99% of Ln’s from relatively concentrated solutions while further increase of sorption is likely to be possible if larger parts of the surface area can be preserved after a similarly strong oxidation treatment

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Prof. Dr. Kristina KvashninaROBL/21.6.04+33 476 88 2367
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Jörg ExnerROBL/BM20+33 476 88 2372
j.exnerAthzdr.de
Dr. Christoph HennigROBL/21.6.02a+33 476 88 2005
c.hennigAthzdr.de
Dr. Eleanor Sophia Lawrence BrightROBL/14.1.03+33 476 88 2462
e.lawrence-brightAthzdr.de
Dr. Damien PrieurROBL/21.6.03+33 476 88 2463
d.prieurAthzdr.de
Dr. André Roßberg801/P3162758
a.rossbergAthzdr.de
Dr. Sami Juhani VasalaROBL/14.1.01s.vasalaAthzdr.de