近日，国科大博士生导师、大连化物所固体核磁共振及催化化学创新特区研究组（05T5组）侯广进研究员团队在高场（18.8T）超快魔角旋转（MAS≥60kHz）固体核磁共振（NMR）技术应用于材料结构表征研究中取得新进展。该团队借助高场超快¹H MAS NMR技术，并结合¹⁷O NMR、¹H-¹H同核、¹H-¹⁷O异核相关实验，对富羟基的氧化铟（In₂O₃）表面结构进行了深入分析，并利用高分辨率定量NMR技术研究了羟基的理化性质和催化性能。同时，该研究工作也拓展了高场超快MAS NMR技术在富羟基材料表征中的应用。
羟基是金属氧化物表面的主要活性位点之一，然而，羟基的光谱表征非常具有挑战性，特别是对于一些富羟基表面体系，所获得谱图的分辨率十分有限，且定量分析过程也比较繁琐。¹H NMR技术得益于NMR对短程结构的高灵敏度、¹H的 100%天然丰度和高旋磁比，以及¹H易定量分析等优势，在羟基表征中展现出较高的优越性。

本工作中，该团队首先借助提高场强和MAS转速，大幅度提高In₂O₃纳米颗粒表面羟基信号的分辨率，实现了对9种不同的羟基位点的分辨；再利用¹⁷O 3QMAS和¹H-¹⁷O异核实验，确定了各类羟基位点分别为2种端羟基、4种双桥羟基和3种三桥羟基。此外，团队利用2D¹H-¹H SQ-SQ，DQ-SQ和TQ-SQ同核实验，系统地揭示了在这种复杂的表面环境中，各类羟基之间的空间临近信息。最后，团队还利用¹H NMR，定量研究了这些羟基的热稳定性和CO₂活化性能。该研究将有助于更好地理解In₂O₃纳米颗粒的表界面微观结构及催化反应机理。
　　相关研究成果以“Unraveling the Surface Hydroxyl Network on In₂O₃Nanoparticles with High-Field Ultrafast Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy”为题，于近日发表在《分析化学》（Analytical Chemistry）上。该工作的共同第一作者是大连化物所05T5组博士研究生韩巧和博士后高攀。上述工作得到国家自然科学基金、辽宁省“兴辽英才计划”、国家博士后创新人才支持计划、中国博士后科学基金、大连化物所创新基金等项目的资助。
　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c02759



责任编辑：李暄妍