目前，固體核磁共振技術可對研究體系中的固、液、氣三相物種同時進行定性、定量檢測。然而，在多相反應條件下，若想獲得高分辨的原位固體核磁共振譜圖，需要研究體系在NMR樣品池中密封并在強磁場中高速旋轉，這給高溫高壓原位核磁共振研究帶來了挑戰。
團隊針對目前廣泛使用的布魯克固體核磁共振譜儀，利用精密陶瓷加工工藝，研制出了含螺紋密封的氧化鋯材質固體核磁共振樣品池及相關成套化裝置。該樣品池可直接用于商品化布魯克固體核磁共振譜儀，成套化技術可以實現寬壓力范圍和溫度在213K到573K的條件下，對固、液、氣等多相體系的原位固體核磁共振研究，包括材料合成、氣體吸附、主客體相互作用、催化反應路徑及動力學等。
樣品池示意圖。大連化物所供圖
工作中，團隊利用該技術，系統研究了Pt/α-MoC、α-MoC、Pt/SiO2催化劑上甲醇在不同水含量條件下的重整反應路徑，跟蹤了升溫及180℃反應過程中反應物、中間物種及產物等的演化過程。
研究發現，Pt基催化劑甲醇重整反應路徑依賴于反應條件。在高壓、低溫條件下，甲醇第一步脫氫生成了甲醛的中間物種，高濃度的甲醇或水與甲醛發生縮醛反應占主導，并進一步脫氫生成甲酸或甲酸甲酯，甲酸催化分解生成了二氧化碳和氫氣。同時，少量甲醛也會在催化劑表面進一步脫氫生成一氧化碳，再與水進一步發生反應生成二氧化碳和氫氣。該工作有助于加深理解甲醇重整反應中催化劑的“構—效”關系。
該研究表明了團隊所開發的高壓原位固體核磁共振技術，可以在反應機理研究中發揮重要作用，有望未來可以應用到更多密封體系的科學研究中。
