侯广进等利用固体核磁共振技术揭示氧化铟纳米颗粒表面羟基网络

lanyunyun

近日，我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2D 1H-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 In2O3 Nanoparticles 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我所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、我所创新基金等项目的资助。（文/图 韩巧）
　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.1c02759


       文章来源：大连化物所
       侯广进，中国科学院大连化学物理研究所研究员。2001年于华中师范大学物理系理科基地获得理学学士学位；之后由华中科技大学与中国科学院武汉物理数学研究所联合培养，师从叶朝辉院士，2004年获得理学硕士学位；2007年于中国科学院武汉物理数学研究所获得理学博士学位，师从叶朝辉院士和邓风研究员；2007至2011年先后在德国马普高分子研究所和美国特拉华大学从事博士后研究工作；2011年被特拉华大学聘为二级副研究员；2012年晋升为磁共振谱学研究员。2016年入选中科院大连化学物理研究所“百人计划”，2017年入选国家“青年##计划”。现任中科院大连化学物理研究所研究员、固体核磁共振及催化化学研究组组长。侯广进博士多年来一直从事固体核磁共振波谱学的研究工作，通过高分辨固体NMR技术，对多个领域的材料体系实现了在原子和分子层次上的微观结构表征和动力学特征的探测，解决了若干与研究体系相关的科学问题。在《Proc. Natl. Acad. Sci.》、《J. Am. Chem. Soc.》、《Nature Communications》、《Acc. Chem. Res.》、《Inorg. Chem.》、《Environ. Sci. Technol.》、《Phys. Chem. Chem. Phys.》等学术期刊上发表论文近50篇；其中包括以一作或通讯作者的代表性工作发表在Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1 篇，J. Am. Chem. Soc. 7 篇等 。