近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所固體核磁共振及前沿應(yīng)用研究組研究員侯廣進(jìn)團(tuán)隊(duì)利用固體核磁共振技術(shù)在金屬氧化物催化劑表面上金屬—?dú)洌∕-H）活性物種的研究方面取得新進(jìn)展。
M-H是一類特殊的物種，已有近百年的研究歷史。其通常具有很高的反應(yīng)活性和獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，在許多化學(xué)反應(yīng)中作為中間體普遍存在。然而，在多相催化體系中，鑒于實(shí)際固體催化劑表面生成的金屬氫物種固有的高反應(yīng)活性，以及固體催化劑表面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，針對它們的全面表征和化學(xué)性質(zhì)探索一直具有挑戰(zhàn)。迄今為止，在常用的表征方法中，表面鎵—?dú)洌℅a-H）物種的特征信號僅在有限的文獻(xiàn)中通過紅外光譜檢測到。
本工作中，研究人員利用固體核磁共振技術(shù)研究納米Ga2O3催化劑上直接H2活化和丙烷脫氫反應(yīng)中產(chǎn)生的表面物種，提出了表面Ga-H物種的明確的固體核磁共振譜學(xué)證據(jù)。Ga-H物種由于強(qiáng)的1H-69Ga/71Ga核自旋耦合作用（J耦合和偶極/四極耦合）產(chǎn)生了復(fù)雜的1H核磁共振特征信號，研究人員利用先進(jìn)多維核磁技術(shù)對復(fù)雜譜線進(jìn)行解析，并結(jié)合數(shù)值模擬與DFT理論計算，揭示了這種特殊中間體物種的結(jié)構(gòu)構(gòu)型、形成機(jī)制。進(jìn)一步利用CO2吸附模型實(shí)驗(yàn)，研究人員揭示了Ga-H物種是CO2加氫轉(zhuǎn)化過程中的關(guān)鍵中間體。
相關(guān)成果以“Direct Detection of Reactive Gallium-Hydride Species on Ga2O3 Surface via Solid-state NMR Spectroscopy”為題，于近日發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（The Journal of the American Chemical Society）上。該工作的共同第一作者是大連化物所研究生陳虹余和高攀副研究員。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、遼寧省興遼英才計劃、國家博士后創(chuàng)新人才支持計劃、中國博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
