精密测量院应邀撰写固体核磁共振在微孔材料中应用的综述性论文

  • 精密测量院 (中国科学院精密测量科学与技术创新研究院)
  • 创建于 2020-10-14
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  近日,应国际学术期刊Advanced Materials邀请,中国科学院大学博士生导师、精密测量院研究员徐君、研究员邓风的科研团队撰写了题为 “Recent Advances of Solid-State NMR Spectroscopy for Microporous Materials”的综述论文。该文对近10年固体核磁共振(NMR)技术的发展以及在微孔材料中的重要研究进展进行了总结与评述。

  微孔材料(孔径< 2nm )包括沸石分子筛、 金属有机框架材料(MOFs)、 共价有机框架材料(COFs)、 多孔芳香骨架材料(PAFs)、 氢键有机骨架材料(HOFs)、多孔层状材料等方面, 在工业催化、吸附与分离、气体储存、化学传感、药物控释等领域被广泛应用。研究并理解微孔材料结构与性能之间内在的构效关系对应发展与应用高性能材料都具有十分重要的意义。固体NMR作为晶体学衍射方法的重要补充,能从原子分子水平揭示原子核的化学环境以及化学键/空间连接网络,并且不受材料体系有序度的影响和制约,已成为研究微孔材料结构性质的重要实验手段。微孔材料元素组成、多维结构以及其具有的多功能性给固体NMR谱学表征带来很多挑战,近些年来固体NMR技术与方法处于快速发展阶段,高场强、高转速、超极化技术(如DNP、PHIP)以及先进的脉冲实验方法提升了固体NMR的研究能力,拓展了其在微孔材料中应用的宽度和深度。

  该文首先总结了近年来固体NMR方法与谱仪技术方面的进展,介绍了如何关联NMR参数与材料结构。进而,针对分子筛、MOFs、COFs以及层状化合物等多种微孔材料的微观结构与分子动态学研究中的挑战性问题,通过具体实例阐述了各类固体NMR方法的应用以及所获得的重要信息,主要内容包括:(1)多核和多维固体NMR技术研究分子筛催化剂的骨架单元、催化剂活性中心的精细结构,探测催化反应中间体及其与活性中心的相互作用,揭示反应机理;(2)观测MOFs骨架金属中心配位环境、有机配体连接,示踪常见气体在其孔道内的吸附和分子运动,研究吸附客体分子与MOFs作用方式和作用位点;(3)通过固体NMR研究COFs堆积形式、COFs对环境污染物的捕获、COFs上的分子催化、PAFs分子柔性及与客体分子相互作用等重要的科学问题,(4)固体NMR在多孔层状材料中的应用,如获得氧化石墨烯的插层、层状双氢氧化物材料的组分定量和空间分布、层状硅酸盐的配位状态等信息。最后作者对固体NMR技术在微孔材料研究中存在的挑战以及未来发展方向进行了讨论与展望。

  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。

  论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002879

用于微孔材料研究的固体NMR谱学

责任编辑:脱畅