近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所固體核磁共振及催化化學(xué)創(chuàng)新特區(qū)研究組研究員侯廣進(jìn)團(tuán)隊(duì)與美國(guó)高場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室博士甘哲宏等合作，在超高場(chǎng)（1.5GHz）固體核磁共振（NMR）技術(shù)應(yīng)用于固體材料表面結(jié)構(gòu)表征研究中取得新進(jìn)展。

　　氧化鋁是重要的催化劑和催化劑載體，其表面的五配位鋁被稱為“Super-five”。五配位鋁在金屬活性中心分散，γ-Al₂O₃燒結(jié)相變，以及醇脫水反應(yīng)中都起到關(guān)鍵作用。γ-Al₂O₃結(jié)晶度低，其表面五配位鋁僅占總鋁含量的3%左右，因此難以實(shí)現(xiàn)表面五配位鋁的結(jié)構(gòu)表征。目前，所有關(guān)于五配位鋁的結(jié)構(gòu)特征均是基于理論計(jì)算推測(cè)得到。

大連化物所利用超高場(chǎng)固體核磁共振技術(shù)揭示伽瑪型氧化鋁表面五配位鋁性質(zhì)

　　本研究中，得益于超高場(chǎng)條件下顯著提高的²⁷Al NMR靈敏度和分辨率，科研團(tuán)隊(duì)采用高場(chǎng)多核、多維固體核磁共振技術(shù)，直接實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到五配位鋁相關(guān)空間結(jié)構(gòu)信息，首次揭示了γ-Al₂O₃表面的五配位鋁以聚集態(tài)形式存在，且在水的作用下易于發(fā)生結(jié)構(gòu)重構(gòu)。

　　科研人員制備了富含五配位鋁的無(wú)定形氧化鋁納米片（Al₂O₃-NS）與γ-Al₂O₃進(jìn)行對(duì)比研究，借助超高場(chǎng)²⁷Al MAS NMR對(duì)Al₂O₃-NS和γ-Al₂O₃的鋁物種分別進(jìn)行定量分析。研究通過(guò)超高場(chǎng)的²⁷Al-²⁷Al DQ雙量子相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以及高場(chǎng)多核、多維固體核磁共振技術(shù)發(fā)現(xiàn)，γ-Al₂O₃表面與Al₂O₃-NS的不同配位鋁物種的Al(n)-O-Al(n)鏈接方式相同，且表面羥基分布及鋁與羥基的鏈接方式也十分相似，進(jìn)而表明γ-Al₂O₃表面存在一層富含五配位鋁的無(wú)定形結(jié)構(gòu)。該研究有助于進(jìn)一步剖析γ-Al₂O₃在金屬分散、催化劑燒結(jié)等應(yīng)用方面的“構(gòu)-效”關(guān)系。

　　相關(guān)研究成果以Nature of Five-coordinated Al in γ-Al₂O₃ Revealed by Ultra-high Field Solid-state NMR為題，發(fā)表在ACS Central Science上，并被選為內(nèi)封面論文。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、遼寧省“興遼英才計(jì)劃”、大連市青年科技之星等項(xiàng)目的支持。

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