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。
