近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員侯廣進(jìn)、研究員陳魁智團(tuán)隊(duì)在分子篩羥基結(jié)構(gòu)解析方法研究中取得新進(jìn)展，開(kāi)發(fā)了一系列耦合編輯的1H-17O固體核磁共振（NMR）雙共振譜學(xué)新方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分子篩孔道內(nèi)氫物種及其局域環(huán)境的高分辨精準(zhǔn)解析。相關(guān)成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)雜志》上。
沸石分子篩在工業(yè)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，其內(nèi)部存在種類豐富、分布廣泛的羥基氫物種及鋁物種，可作為催化活性中心、吸附位點(diǎn)，直接決定了分子篩催化反應(yīng)的性能。在原子尺度解析分子篩中羥基物種結(jié)構(gòu)及其局域環(huán)境，對(duì)揭示分子篩催化本征活性，進(jìn)而指導(dǎo)高性能分子篩催化劑可控制備具有重要意義。
由于分子篩中羥基物種具有缺乏長(zhǎng)程有序性、存在亞穩(wěn)態(tài)、對(duì)環(huán)境敏感等特征，解析其結(jié)構(gòu)存在較大挑戰(zhàn)。因此，發(fā)展高分辨、高靈敏、無(wú)損檢測(cè)的譜學(xué)表征方法尤為關(guān)鍵。17O固體NMR是無(wú)損解析分子篩中羥基物種的有力工具，然而，17O的低天然豐度、低旋磁比和四極核特性阻礙了其在分子篩結(jié)構(gòu)解析研究中的廣泛應(yīng)用。
工作中，研究人員開(kāi)發(fā)了一系列譜編輯的1H-17O固體NMR雙共振方法，并采用新型17O富集技術(shù)，通過(guò)多維多核相關(guān)實(shí)驗(yàn)提高了17O固體NMR分辨。團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)并闡明了1H-17O二階四極-偶極作用的譜學(xué)效應(yīng)，提取了分子篩中羥基物種重要結(jié)構(gòu)及動(dòng)力學(xué)信息。尤為重要的是，研究人員半定量揭示了分子篩中BAS等羥基質(zhì)子解離速率，并定量獲取了Al···H、O···H空間距離，從而精準(zhǔn)解析了分子篩孔道內(nèi)具有重要催化作用的Si-OH及Al-OH物種的原子尺度局域環(huán)境。
該工作中開(kāi)發(fā)的固體NMR譜學(xué)方法有望應(yīng)用在金屬氧化物表面、金屬有機(jī)框架和生物材料中的羥基環(huán)境高分辨解析中。
