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大連化物所利用固體核磁共振技術揭示氧化銦納米顆粒表面羥基網絡

撰稿: 大連化學物理研究所 發布時間:2021-12-20

  近日,中國科學院大連化學物理研究所固體核磁共振及催化化學創新特區研究組研究員侯廣進團隊在高場(18.8T)超快魔角旋轉(MAS≥60kHz)固體核磁共振(NMR)技術應用于材料結構表征研究中取得新進展。該團隊借助高場超快1H MAS NMR技術,并結合17O NMR、1H-1H同核、1H-17O異核相關實驗,對富羥基的氧化銦(In2O3)表面結構進行了深入分析,并利用高分辨率定量NMR技術研究了羥基的理化性質和催化性能。同時,該研究工作也拓展了高場超快MAS NMR技術在富羥基材料表征中的應用。

  羥基是金屬氧化物表面的主要活性位點之一,然而,羥基的光譜表征非常具有挑戰性,特別是對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技術得益于NMR對短程結構的高靈敏度、1H的 100%天然豐度和高旋磁比,以及1H易定量分析等優勢,在羥基表征中展現出較高的優越性。

大連化物所利用固體核磁共振技術揭示氧化銦納米顆粒表面羥基網絡

  本工作中,該團隊首先借助提高場強和MAS轉速,大幅度提高In2O3納米顆粒表面羥基信號的分辨率,實現了對9種不同的羥基位點的分辨;再利用17O 3QMAS和1H-17O異核實驗,確定了各類羥基位點分別為2種端羥基、4種雙橋羥基和3種三橋羥基。此外,團隊利用2D 1H-1H SQ-SQ,DQ-SQ和TQ-SQ同核實驗,系統地揭示了在這種復雜的表面環境中,各類羥基之間的空間臨近信息。最后,團隊還利用1H NMR,定量研究了這些羥基的熱穩定性和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構及催化反應機理。

  相關研究成果以“Unraveling the Surface Hydroxyl Network on In2O3 Nanoparticles with High-Field Ultrafast Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy”為題,于近日發表在《分析化學》(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基金、遼寧省“興遼英才計劃”、國家博士后創新人才支持計劃、中國博士后科學基金、大連化物所創新基金等項目的資助。

  文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c02759

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