Avanceret nuklear magnetisk resonansteknik afslører præcise strukturelle, dynamiske detaljer i zeolitter

Zeolitter er meget udbredt i mange industrier, men deres iboende katalytiske natur er ikke helt forstået på grund af kompleksiteten af ​​hydroxyl-aluminium-delene.

Atom-skala analyse af lokale miljøer for hydroxyl arter er afgørende for at afsløre den iboende katalytiske aktivitet af zeolitter og vejlede designet af højtydende katalysatorer. Mange ugunstige faktorer forbyder dog belysningen af ​​deres fine strukturer, såsom lav mængde, metastabil egenskab, strukturel lighed, hydrogenbindingsmiljø og lang række uordnet natur.

For nylig afslørede et forskerhold ledet af prof. Hou Guangjin og prof. Chen Kuizhi fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) ved det kinesiske videnskabsakademi (CAS) den præcise struktur af komplekse hydroxylgrupper i zeolitter med et omfattende sæt af selvudviklet koblingsredigeret ¹ H- ¹⁷ O solid-state nuklear magnetisk resonans (NMR) metoder. Undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of the American Chemical Society .

¹⁷ O solid-state NMR ville være en kandidat til at forbedre den analytiske præcision af zeolitter, hvis den kunne overvinde de tekniske vanskeligheder relateret til ¹⁷ s ekstremt lave naturlige overflod, lave gyromagnetiske forhold og quadrupolære natur. O isotop. Derfor brugte forskere en roman ¹⁷ O-berigelsesmetode og udviklet en serie på ¹⁷ O-NMR-baserede spektrale redigeringsimpulssekvenser, der giver dem mulighed for at forbedre den spektrale opløsning og adressere de subtile protoniske strukturer i zeolitter.

Den præcise og højopløselige artsidentifikation blev tilskrevet en omfattende adressering af en ofte forsømt og uønsket NMR-interaktion, nemlig den 2. ordens quadrupolar-dipolære tværgående interaktion (2nd-QD interaktion), som faktisk var nyttig til at opnå uvurderlig information på zeolitstrukturer.

Derudover undersøgte forskere kvantitativt Al···H-, O···H-nærhederne inden for både en- og multibindingsområder og realiserede semikvantitativt dissociationshastighederne for hydroxylprotoner, såsom BrØnsted-syrestedet. De afslørede det lokale miljø på atomare skala af de katalytisk vigtige Al-OH- og Si-OH-dele.

NMR-teknikkerne, der er udviklet i denne undersøgelse, kan anvendes yderligere til at give højopløsningsanalyse af subtile protoniske strukturer under andre omstændigheder, såsom metaloxidoverflader, metalorganiske rammer og biomaterialer. "Vores undersøgelse kan give en generisk strategi til højopløsningsanalyse af de subtile protoniske strukturer i zeolitter med ¹⁷ O faststof-NMR," sagde prof. Hou.

Flere oplysninger: Yi Ji et al., Præcise strukturelle og dynamiske detaljer i zeolitter afsløret af koblingsredigeret ¹ H– ¹⁷ O Double Resonance NMR Spectroscopy, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c14787

Journaloplysninger: Tidsskrift for American Chemical Society

Leveret af Chinese Academy of Sciences