近日，中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院徐君、鄧風(fēng)研究團(tuán)隊(duì)在γ-Al2O3微觀結(jié)構(gòu)研究中取得進(jìn)展，利用35.2 T的超高強(qiáng)磁場(chǎng)，結(jié)合所發(fā)展的先進(jìn)二維固體NMR譜學(xué)方法揭示了γ-Al2O3表面和體相中氧物種的結(jié)構(gòu)及其空間關(guān)聯(lián)。 
　　γ-Al2O3是一種催化劑和催化劑載體，廣泛應(yīng)用于乙醇脫水、丙烷脫氫、異構(gòu)化、烷基化和催化裂化等工業(yè)催化過(guò)程。γ-Al2O3上氧原子的形態(tài)（如羥基或缺陷）和配位狀態(tài)影響其局部環(huán)境和表面性質(zhì)（酸堿性），進(jìn)而影響其催化性能。對(duì)氧物種的表征是深入了解其結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，以及進(jìn)行性能優(yōu)化的基礎(chǔ)。17O NMR譜學(xué)正逐漸成為表征氧化物材料的一種有效手段，但常受到核四極相互作用、相對(duì)較低旋磁比和極低17O豐度等多重因素的制約。此前，該團(tuán)隊(duì)曾利用動(dòng)態(tài)核極化表面增強(qiáng)（DNP-SEN）NMR技術(shù)結(jié)合17O同位素富集方法在γ-Al2O3上獲得17O NMR信號(hào)的兩個(gè)數(shù)量級(jí)的增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其表面氧物種的直接觀測(cè)。盡管同位素富集能夠一定程度上解決17O NMR觀測(cè)靈敏度低的問(wèn)題，但對(duì)各種氧物種空間關(guān)聯(lián)的NMR觀測(cè)仍然是挑戰(zhàn)，迄今尚未見(jiàn)報(bào)道。 
　　固體NMR譜學(xué)的重要特點(diǎn)之一是能夠利用射頻脈沖技術(shù)操控特定原子核從原子-分子尺度來(lái)探測(cè)核間的空間相關(guān)或鍵連結(jié)構(gòu)信息。近期，精密測(cè)量院團(tuán)隊(duì)與美國(guó)國(guó)家強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室合作，借助穩(wěn)態(tài)超高強(qiáng)磁場(chǎng)35.2 T（1.5 GHz）在提升NMR觀測(cè)靈敏度和分辨率上的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合前期自主開(kāi)發(fā)的半整數(shù)四極核二維雙量子（DQ-SQ）脈沖實(shí)驗(yàn)方法，在γ-Al2O3上獲得第一張二維17O-17O同核雙量子固體NMR相關(guān)譜，揭示不同配位狀態(tài)的氧物種之間空間關(guān)聯(lián)。此外，該團(tuán)隊(duì)還利用精密測(cè)量院的800 MHz（18.8 T）譜儀平臺(tái)，通過(guò)高速魔角旋轉(zhuǎn)（MAS，40 kHz）下的氫檢測(cè)二維1H-17O異核多量子相關(guān)脈沖NMR 實(shí)驗(yàn)，成功區(qū)分γ-Al2O3表面吸附水、羥基以及非羥基（裸氧）物種并獲得它們之間空間臨近的信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)γ-Al2O3上氧物種結(jié)構(gòu)從體相到表面的高效NMR表征。對(duì)氧中心的深入研究為調(diào)控γ-Al2O3的性質(zhì)和合理設(shè)計(jì)改進(jìn)型氧化物催化劑提供了重要依據(jù)，該研究也展示了先進(jìn)NMR譜儀技術(shù)和高效NMR脈沖方法相結(jié)合在原子-分子尺度挖掘材料微觀結(jié)構(gòu)信息的巨大潛力。 
　　相關(guān)成果發(fā)表于《自然-通訊》。 研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院以及湖北省科技廳的支持。
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　　γ-Al2O3的二維17O-17O DQ-SQ同核雙量子NMR圖譜以及氧物種的結(jié)構(gòu)模型