近日，我所固體核磁共振及催化化學創新特區研究組（05T5組）侯廣進研究員團隊與美國高場實驗室甘哲宏博士等合作，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。由于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都是基于理論計算推測得到的。

　　本工作中，得益于超高場條件下顯著提高的²⁷Al NMR靈敏度和分辨率，研究團隊通過高場多核、多維固體核磁共振技術，直接實驗觀測到了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，并且在水的作用下易于發生結構重構。

　　研究團隊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。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。本工作有助于進一步深入理解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，于近日發表在ACS Central Science上，并被選為內封面論文。該工作的第一作者是我所05T5組趙偵超副研究員。上述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資助。（文/圖 王瑞、趙偵超）

　　文章鏈接： https://doi.org/10.1021/acscentsci.1c01497