Zeoliter används i stor utsträckning i många industrier, men deras inneboende katalytiska natur är inte helt klarlagd, på grund av komplexiteten hos hydroxylaluminiumdelarna.
Atomisk skalaanalys av lokala miljöer för hydroxylarterna är väsentlig för att avslöja den inneboende katalytiska aktiviteten hos zeoliter och vägleda utformningen av högpresterande katalysatorer. Men många ogynnsamma faktorer förbjuder klargörandet av deras fina strukturer såsom låg kvantitet, metastabila egenskaper, strukturell likhet, vätebindande miljö och långväga oordnad natur.
Nyligen avslöjade ett forskarlag under ledning av professor Hou Guangjin och professor Chen Kuizhi från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) den exakta strukturen av komplexa hydroxylgrupper i zeoliter med en omfattande uppsättning av egenutvecklad kopplingsredigerad 1 H- 17 O solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) metoder. Studien publicerades i Journal of the American Chemical Society .
17 O solid-state NMR skulle vara en kandidat för att förbättra den analytiska precisionen hos zeoliter om den kunde övervinna de tekniska svårigheterna relaterade till 17 s extremt låga naturliga förekomst, låga gyromagnetiska förhållande och fyrpoliga natur. O isotop. Därför använde forskare en roman 17 O-anrikningsmetod och utvecklade en serie på 17 O-NMR-baserade spektrala redigeringspulssekvenser, vilket gör att de kan förbättra den spektrala upplösningen och adressera de subtila protoniska strukturerna i zeoliter.
Den exakta och högupplösta artidentifieringen tillskrevs att på ett omfattande sätt ta itu med en ofta försummad och oönskad NMR-interaktion, nämligen den andra ordningens kvadrupolära-dipolära interaktionen (2:a-QD-interaktion), som verkligen var till hjälp för att få ovärderlig information på zeolitstrukturer.
Dessutom undersökte forskare kvantitativt Al···H-, O···H-närheterna inom både enbindnings- och multibindningsintervall och insåg semikvantitativt dissociationshastigheterna för hydroxylprotoner som BrØnsted-syrastället. De avslöjade den lokala miljön i atomär skala för de katalytiskt viktiga Al-OH- och Si-OH-delarna.
NMR-teknikerna som utvecklats i denna studie kan användas ytterligare för att tillhandahålla högupplöst analys av subtila protoniska strukturer under andra omständigheter som metalloxidytor, metallorganiska ramverk och biomaterial. "Vår studie kan ge en generisk strategi för högupplöst analys av de subtila protoniska strukturerna i zeoliter med 17 O fast tillstånds-NMR," sade professor Hou.
Mer information: Yi Ji et al, Precise Structural and Dynamical Details in Zeolites Revealed by Coupling-Edited 1 H– 17 O Double Resonance NMR Spectroscopy, Journal of the American Chemical Society (2024). DOI:10.1021/jacs.3c14787
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
