科学家开发出快速原位二维固体核磁共振技术
科学家开发出快速原位二维固体核磁共振技术
近日，中国科学院大连化学物理研究所副研究员梁力鑫、研究员侯广进团队，与南开大学戴卫理教授团队合作，在固体核磁共振技术与分子筛晶化机制研究方面取得新进展。团队发展了超快原位二维固体核磁共振技术，在原子尺度揭示了酸性条件下质子介导的主客体相互作用，以及其对磷铝酸盐分子筛（AlPO 4 -n）和硅磷铝酸盐分子筛（SAPO-n）分子筛成核及形貌演化的调控机制。相关成果发表在《美国化学会志》。
分子筛的成核和晶体生长过程直接影响其骨架拓扑结构及催化性能。已有分子筛晶化机制研究主要集中于碱性条件下的硅铝分子筛体系，而AlPO 4 -n和SAPO-n分子筛通常在中性或酸性条件下晶化。尽管酸度是此类分子筛合成中的重要调控参数，但其对前驱体水解缩合、成核动力学及主客体相互作用的影响机制仍缺乏深入认识。
本工作中，团队发展了基于绝热SR4偶极重耦序列的超快速二维 1 H- 27 Al HMQC固体核磁共振技术。该方法通过引入tanh/tan绝热反转脉冲，提高了四极核体系中的偶极重耦效率，可在30秒内获得高质量二维 1 H- 27 Al相关谱。结合团队前期开发的高温高压原位固体核磁共振动态表征技术，该技术可在高温高压原位条件下实时追踪分子筛晶化过程，并获取Al物种、羟基及有机结构导向剂之间的空间相互作用信息，为揭示成核与形貌演化机制提供了新的技术手段。上述超快二维相关谱与高温高压原位动态表征技术的结合，为深入开展分子筛晶化机制研究提供了关键手段。
进一步，研究团队借助上述技术，通过调控前驱体酸度发现，质子化促进了AlPO 4 -n和SAPO-n分子筛成核，并诱导晶体由传统块状或立方形貌向纳米片、纳米棒等各向异性形貌转变。理论计算进一步揭示，质子在分子筛成核过程中同时发挥动力学和热力学调控作用，可降低P-O-Al缩合反应的活化能，并增强骨架组装的热力学驱动力。
相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.6c12306