Wetenschap
Geavanceerde nucleaire magnetische resonantietechniek onthult precieze structurele, dynamische details in zeolieten
Zeolieten worden veel gebruikt in veel industrieën, maar hun intrinsieke katalytische aard is nog niet volledig duidelijk vanwege de complexiteit van de hydroxyl-aluminiumdelen.
Analyse op atomaire schaal van lokale omgevingen voor de hydroxylsoort is essentieel voor het onthullen van de intrinsieke katalytische activiteit van zeolieten en het begeleiden van het ontwerp van hoogwaardige katalysatoren. Veel ongunstige factoren verhinderen echter de opheldering van hun fijne structuren, zoals lage hoeveelheden, metastabiele eigenschappen, structurele gelijkenis, waterstofbindingsomgeving en wanordelijke aard over lange afstanden.
Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Hou Guangjin en prof. Chen Kuizhi van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) de precieze structuur van complexe hydroxylgroepen in zeolieten ontrafeld met een uitgebreide set van zelfontwikkelde koppeling-bewerkt 1 H- 17 O vaste-stof kernspinresonantie (NMR)-methoden. Het onderzoek werd gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society .
De 17 O vaste stof NMR zou een kandidaat zijn om de analytische precisie van zeolieten te verbeteren als het de technische problemen zou kunnen overwinnen die verband houden met de extreem lage natuurlijke overvloed, lage gyromagnetische verhouding en quadrupolaire aard van de 17 O isotoop. Daarom gebruikten onderzoekers een nieuwe 17 O-verrijkingsmethode en ontwikkelde een reeks van 17 Op O-NMR gebaseerde pulssequenties voor spectrale bewerking, waardoor ze de spectrale resolutie kunnen verbeteren en de subtiele protonische structuren in zeolieten kunnen aanpakken.
De nauwkeurige identificatie van soorten met hoge resolutie werd toegeschreven aan het alomvattend aanpakken van een vaak verwaarloosde en ongewenste NMR-interactie, namelijk de 2e-orde quadrupolaire-dipolaire kruisterminteractie (2e-QD-interactie), die inderdaad nuttig was bij het verkrijgen van onschatbare informatie over zeolietstructuren.
Daarnaast onderzochten onderzoekers kwantitatief de Al···H, O···H-nabijheid binnen het bereik van zowel één binding als meerdere bindingen, en realiseerden ze semi-kwantitatief de dissociatiesnelheden van hydroxylprotonen zoals de BrØnsted-zuurplaats. Ze onthulden de lokale omgeving op atomaire schaal van de katalytisch belangrijke Al-OH- en Si-OH-groepen.
De in dit onderzoek ontwikkelde NMR-technieken kunnen verder worden toegepast bij het verschaffen van hoge-resolutie analyse van subtiele protonische structuren in andere omstandigheden, zoals metaaloxide-oppervlakken, metaal-organische raamwerken en biomaterialen. "Onze studie kan een generieke strategie opleveren voor analyse met hoge resolutie van de subtiele protonische structuren in zeolieten met 17 O vaste-stof-NMR", zei prof. Hou.