精密测量院应邀撰写固体核磁共振技术在分子筛催化剂研究中应用的综述性论文

　　近日，精密测量院邓风和徐君研究团队应National Science Review期刊的邀请，撰写了题为“Recent advances in solid-state NMR of zeolite catalysts”（ 固体核磁共振技术在分子筛催化剂领域的最新研究进展）的综述文章，系统且全面地总结了近几年固体核磁共振技术在分子筛催化剂领域的最新研究进展。

　　分子筛是一类具有规整亚纳米孔道结构的无机晶体材料，广泛应用于催化、离子交换、吸附分离等诸多领域。分子筛作为催化剂在石油炼制以及石油化工生产中发挥着重要作用。对分子筛催化剂微观结构的认识是理解构-效关系，进而进行催化性能优化的基础。固体核磁共振技术能够提供原子级别的结构与动力学信息，是研究分子筛的重要工具。

　　该文首先详细总结了固体核磁技术表征分子筛骨架结构的关键策略。得益于不断发展的高场谱仪以及超极化信号增强技术，固体核磁共振技术的灵敏度与分辨率不断提高，对于分子筛骨架常见的Si、Al等原子，能够通过化学位移获得原子落位信息。在此基础上，利用多核、多量子二维实验能够进一步获得骨架原子的配位、连接以及局部构型信息。这些丰富的短程结构信息与X射线衍射（XRD）等表征方法获得的长程结构信息相互补，从而能够进行更全面的骨架结构解析。

　　利用多核、多量子固体核磁共振二维实验获得分子筛上骨架原子落位及键连信息

　　固体核磁共振技术在分子筛活性位点表征中扮演了重要的角色。酸性位点是分子筛催化剂中的主要活性位点，它赋予了分子筛主要的催化性能。结合一维及二维固体核磁共振技术，能够获得分子筛酸性位点种类、含量以及分布等信息，利用碱性探针分子技术还能够定量测量分子筛的酸性强度。此外，文章讨论了如何利用双共振、二维固体核磁共振相关谱技术表征不同酸性位点的空间临近性、测量核间距离，从而实现对协同活性位点的定量分析。

　　结合一维、二维固体核磁共振技术实现对不同Bronsted酸性位点的区分与表征

　　分子间相互作用包含主-客体分子间及客体-客体分子间相互作用，在分子筛催化剂合成、吸脱附以及催化应用中都有重要影响。固体核磁共振技术能够通过表征分子筛主体活性位与限域在孔道中的客体分子之间以及不同客体分子之间的特定原子间的相关性获得分子间相互作用信息。作者重点介绍了一维和二维¹³C-²⁷Al及¹³C-¹³C固体核磁共振相关谱技术在表征分子筛限域孔道中的超分子活性中心以及客体分子间“阳离子-π相互作用”，为从分子间相互作用角度理解分子筛的催化作用机制提供了新的思路。

　　利用2D ¹³C-¹³C PDSD固体核磁共振技术获得H-ZSM-5分子筛上丙烷与环戊烯碳正离子间不同种类的客体-客体分子间相互作用信息

　　固体核磁共振技术是研究催化反应机理的重要手段，可通过对反应中间体或催化剂表面活性物种的观测，获得反应过程的信息。作者介绍了原位以及“在场”固体核磁共振技术在催化反应机理研究中的研究进展，总结了“间歇”以及“连续流动”实验策略，并比较了不同技术的优缺点以及应用范围。详细讨论了这些实验技术在分子筛催化甲醇及乙醇转化机理研究中的应用。

　　作者在文章最后探讨了固体核磁共振技术在分子筛催化剂研究中存在的挑战。例如受限于技术本身的分辨率及灵敏度问题，难以对低含量的表面/界面物种实现高分辨率的观测，以及无法对低丰度或低旋磁比核进行高效观测等。作者指出，未来固体核磁共振技术的发展一方面来自硬件技术的发展，另一方面来自核磁共振方法学的进步。此外，作者还提出，在分子筛催化剂研究中，先进固体核磁共振技术与其他表征手段及理论模拟的结合，能够提供多维度催化剂结构及催化反应机制的信息。

　　利用原位¹³C固体核磁共振技术对H-ZSM-5分子筛上乙醇脱水反应在线观测，以及基于实验结果提出的乙醇脱水制乙烯反应机制

　　特别研究助理/博士后王伟宇为该文章的第一作者，邓风和徐君研究员为通讯联系人。

　　该研究工作得到了国家自然科学基金委、中国科学院以及湖北省科技厅的支持。

　　文章链接：https://academic.oup.com/nsr/article/9/9/nwac155/6658401