近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所固體核磁共振及催化化學(xué)創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員侯廣進(jìn)團(tuán)隊(duì)在高場（18.8T）超快魔角旋轉(zhuǎn)（MAS≥60kHz）固體核磁共振（NMR）技術(shù)應(yīng)用于材料結(jié)構(gòu)表征研究中取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)借助高場超快1H MAS NMR技術(shù)，并結(jié)合17O NMR、1H-1H同核、1H-17O異核相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)富羥基的氧化銦（In2O3）表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，并利用高分辨率定量NMR技術(shù)研究了羥基的理化性質(zhì)和催化性能。同時(shí)，該研究工作也拓展了高場超快MAS NMR技術(shù)在富羥基材料表征中的應(yīng)用。
羥基是金屬氧化物表面的主要活性位點(diǎn)之一，然而，羥基的光譜表征非常具有挑戰(zhàn)性，特別是對(duì)于一些富羥基表面體系，所獲得譜圖的分辨率十分有限，且定量分析過程也比較繁瑣。1H NMR技術(shù)得益于NMR對(duì)短程結(jié)構(gòu)的高靈敏度、1H的 100%天然豐度和高旋磁比，以及1H易定量分析等優(yōu)勢，在羥基表征中展現(xiàn)出較高的優(yōu)越性。
大連化物所利用固體核磁共振技術(shù)揭示氧化銦納米顆粒表面羥基網(wǎng)絡(luò)
本工作中，該團(tuán)隊(duì)首先借助提高場強(qiáng)和MAS轉(zhuǎn)速，大幅度提高In2O3納米顆粒表面羥基信號(hào)的分辨率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)9種不同的羥基位點(diǎn)的分辨；再利用17O 3QMAS和1H-17O異核實(shí)驗(yàn)，確定了各類羥基位點(diǎn)分別為2種端羥基、4種雙橋羥基和3種三橋羥基。此外，團(tuán)隊(duì)利用2D 1H-1H SQ-SQ，DQ-SQ和TQ-SQ同核實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地揭示了在這種復(fù)雜的表面環(huán)境中，各類羥基之間的空間臨近信息。最后，團(tuán)隊(duì)還利用1H NMR，定量研究了這些羥基的熱穩(wěn)定性和CO2活化性能。該研究將有助于更好地理解In2O3納米顆粒的表界面微觀結(jié)構(gòu)及催化反應(yīng)機(jī)理。
相關(guān)研究成果以“Unraveling the Surface Hydroxyl Network on In2O3 Nanoparticles with High-Field Ultrafast Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy”為題，于近日發(fā)表在《分析化學(xué)》（Analytical Chemistry）上。該工作的共同第一作者是大連化物所博士研究生韓巧和博士后高攀。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”、國家博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、中國博士后科學(xué)基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。
