新固体核磁共振方法研究纳米氧化物催化材料的表面活性位和性能

纳米催化剂由于尺度效应对电子结构的调制作用以及对几何结构的规范作用使得其表现出与对应的传统催化材料不同的性质，是近年来的热点研究课题。本项目提出以氧17同位素与质子双共振为核心的新固体核磁共振方法研究有代表性的纳米氧化物催化材料的表面活性位。通过双共振核磁共振实验选择观测纳米材料表面物种的结构，并且结合探针分子，研究这些活性位性质，如酸碱性、氧活动性、探针分子与表面键合情况等，从原子层次上了解纳米尺度催化剂的表面性质。结合有重大工业意义的催化反应进行催化剂性能的测试，阐明表面反应机理，揭示纳米催化剂表面性质和催化活性、选择性之间的关系。为科学合理的针对设计更理想的纳米催化剂，实现高效、节能、环保的催化反应过程，应对国家能源、材料、生物等方面的重大研究需求提供新思路和理论依据。

纳米催化剂由于尺度效应对电子结构的调制作用以及对几何结构的规范作用使得其表现出与对应的传统催化材料不同的性质，是近年来的热点研究课题。本项目以氧17为核心的新固体核磁共振方法研究有代表性的纳米氧化物催化材料（如氧化铈、钒酸铈、氧化锌）的局域结构。通过双共振核磁共振实验选择观测纳米材料关键活性位结构，并且结合探针分子，研究这些位点的性质，从原子层次上了解纳米尺度催化剂的结构与性能。如：在氧化铈纳米粒子的17O核磁共振研究中，成功观测到两种关键的缺陷位的氧物种：信号出现在高频位置的纳米粒子表面配位数减少的氧和出现在低频位置的与三价铈或者说氧空位靠近的氧物种。据我们所知这是首次通过核磁共振对纳米氧化物材料中的不同缺陷位结构成功实现表征。发展新的表征方法，能够帮助我们结合催化反应的结果，揭示纳米催化剂结构和催化性能之间的关系，为科学合理的针对设计更理想的纳米催化剂，实现高效、节能、环保的催化反应过程，应对国家能源、材料、生物等方面的重大研究需求提供新思路和理论依据。如，我们展示的利用17O核磁共振研究氧化铈纳米材料，为研究纳米氧化物提供了新的普适的方法。