新聞科研進展
近日，精密測量院鄧風和徐君研究團隊應National Science Review期刊的邀請，撰寫了題為“Recent advances in solid-state NMR of zeolite catalysts”（ 固體核磁共振技術在分子篩催化劑領域的最新研究進展）的綜述文章，系統且全面地總結了近幾年固體核磁共振技術在分子篩催化劑領域的最新研究進展。
分子篩是一類具有規整亞納米孔道結構的無機晶體材料，廣泛應用于催化、離子交換、吸附分離等諸多領域。分子篩作為催化劑在石油煉制以及石油化工生產中發揮著重要作用。對分子篩催化劑微觀結構的認識是理解構-效關系，進而進行催化性能優化的基礎。固體核磁共振技術能夠提供原子級別的結構與動力學信息，是研究分子篩的重要工具。
該文首先詳細總結了固體核磁技術表征分子篩骨架結構的關鍵策略。得益于不斷發展的高場譜儀以及超極化信號增強技術，固體核磁共振技術的靈敏度與分辨率不斷提高，對于分子篩骨架常見的Si、Al等原子，能夠通過化學位移獲得原子落位信息。在此基礎上，利用多核、多量子二維實驗能夠進一步獲得骨架原子的配位、連接以及局部構型信息。這些豐富的短程結構信息與X射線衍射（XRD）等表征方法獲得的長程結構信息相互補，從而能夠進行更全面的骨架結構解析。
利用多核、多量子固體核磁共振二維實驗獲得分子篩上骨架原子落位及鍵連信息
固體核磁共振技術在分子篩活性位點表征中扮演了重要的角色。酸性位點是分子篩催化劑中的主要活性位點，它賦予了分子篩主要的催化性能。結合一維及二維固體核磁共振技術，能夠獲得分子篩酸性位點種類、含量以及分布等信息，利用堿性探針分子技術還能夠定量測量分子篩的酸性強度。此外，文章討論了如何利用雙共振、二維固體核磁共振相關譜技術表征不同酸性位點的空間臨近性、測量核間距離，從而實現對協同活性位點的定量分析。
結合一維、二維固體核磁共振技術實現對不同Bronsted酸性位點的區分與表征
分子間相互作用包含主-客體分子間及客體-客體分子間相互作用，在分子篩催化劑合成、吸脫附以及催化應用中都有重要影響。固體核磁共振技術能夠通過表征分子篩主體活性位與限域在孔道中的客體分子之間以及不同客體分子之間的特定原子間的相關性獲得分子間相互作用信息。作者重點介紹了一維和二維13C-27Al及13C-13C固體核磁共振相關譜技術在表征分子篩限域孔道中的超分子活性中心以及客體分子間“陽離子-π相互作用”，為從分子間相互作用角度理解分子篩的催化作用機制提供了新的思路。
利用2D 13C-13C PDSD固體核磁共振技術獲得H-ZSM-5分子篩上丙烷與環戊烯碳正離子間不同種類的客體-客體分子間相互作用信息
固體核磁共振技術是研究催化反應機理的重要手段，可通過對反應中間體或催化劑表面活性物種的觀測，獲得反應過程的信息。作者介紹了原位以及“在場”固體核磁共振技術在催化反應機理研究中的研究進展，總結了“間歇”以及“連續流動”實驗策略，并比較了不同技術的優缺點以及應用范圍。詳細討論了這些實驗技術在分子篩催化甲醇及乙醇轉化機理研究中的應用。
作者在文章最后探討了固體核磁共振技術在分子篩催化劑研究中存在的挑戰。例如受限于技術本身的分辨率及靈敏度問題，難以對低含量的表面/界面物種實現高分辨率的觀測，以及無法對低豐度或低旋磁比核進行高效觀測等。作者指出，未來固體核磁共振技術的發展一方面來自硬件技術的發展，另一方面來自核磁共振方法學的進步。此外，作者還提出，在分子篩催化劑研究中，先進固體核磁共振技術與其他表征手段及理論模擬的結合，能夠提供多維度催化劑結構及催化反應機制的信息。
利用原位13C固體核磁共振技術對H-ZSM-5分子篩上乙醇脫水反應在線觀測，以及基于實驗結果提出的乙醇脫水制乙烯反應機制
特別研究助理/博士后王偉宇為該文章的第一作者，鄧風和徐君研究員為通訊聯系人。
該研究工作得到了國家自然科學基金委、中國科學院以及湖北省科技廳的支持。
文章鏈接：https://academic.oup.com/nsr/article/9/9/nwac155/6658401