超高場NMR技術揭示γ氧化鋁表面五配位鋁“構效”關系

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所固體核磁共振及催化化學創新特區研究組研究員侯廣進團隊與美國高場實驗室博士甘哲宏等合作，在超高場（1.5GHz）固體核磁共振（NMR）技術應用于固體材料表面結構表征研究中取得新進展。

　　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燒結相變，以及醇脫水反應中都起到關鍵作用。γ-Al2O3結晶度低，其表面五配位鋁僅占總鋁含量的3%左右，因此難以實現表面五配位鋁的結構表征。目前，所有關于五配位鋁的結構特征均是基于理論計算推測得到。

　　本研究中，得益于超高場條件下顯著提高的27Al NMR靈敏度和分辨率，科研團隊采用高場多核、多維固體核磁共振技術，直接實驗觀測到五配位鋁相關空間結構信息，首次揭示了γ-Al2O3表面的五配位鋁以聚集態形式存在，且在水的作用下易于發生結構重構。

　　科研人員制備了富含五配位鋁的無定形氧化鋁納米片（Al2O3-NS）與γ-Al2O3進行對比研究，借助超高場27Al MAS NMR對Al2O3-NS和γ-Al2O3的鋁物種分別進行定量分析。研究通過超高場的27Al-27Al DQ雙量子相關實驗，以及高場多核、多維固體核磁共振技術發現，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，進而表明γ-Al2O3表面存在一層富含五配位鋁的無定形結構。該研究有助于進一步剖析γ-Al2O3在金屬分散、催化劑燒結等應用方面的“構-效”關系。

　　相關研究成果以Nature of Five-coordinated Al in γ-Al2O3 Revealed by Ultra-high Field Solid-state NMR為題，發表在ACS Central Science上，并被選為內封面論文。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、遼寧省“興遼英才計劃”、大連市青年科技之星等項目的支持。

　　大連化物所等利用超高場固體核磁共振技術揭示伽瑪型氧化鋁表面五配位鋁性質