彭路明研究員課題組在納米材料的固體核磁共振譜學(xué)研究方面再獲重要進(jìn)展
氧化物納米晶在催化等領(lǐng)域的應(yīng)用與其暴露晶面密切相關(guān)，因此確定晶面結(jié)構(gòu)是建立構(gòu)效關(guān)系、設(shè)計(jì)性能更優(yōu)越的新材料的關(guān)鍵。目前，納米材料的表面結(jié)構(gòu)主要借助各種電子顯微鏡技術(shù)表征。然而，電鏡技術(shù)因?yàn)橛^測(cè)視野小，所給出的結(jié)果可能未必很好地代表整個(gè)樣品。因此亟待發(fā)展新的表征納米氧化物材料晶面的方法。
我院彭路明研究員課題組積極開展這一挑戰(zhàn)性課題的研究。在此之前，已經(jīng)借助17O固體核磁共振譜學(xué)區(qū)分了氧化物納米材料表面不同層的O物種（M. Wang, et al., Sci. Adv., 2015, 1, e1400133）。近期，他們以具有代表性的兩種銳鈦礦TiO2納米晶為例（主要暴露{001}晶面的納米片和主要暴露{101}晶面的納米八面體），發(fā)展了通過17O固體核磁共振譜學(xué)區(qū)分暴露不同晶面氧化物納米晶的新方法，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》雜志上（Y. Li, et al., Nat. Commun., 2017, 8, 581）。南京大學(xué)為本論文第一單位，南京大學(xué)博士研究生李玉紅和華東理工大學(xué)吳新平博士為共同第一作者，南京大學(xué)彭路明研究員和華東理工大學(xué)龔學(xué)慶教授為共同通訊作者，新加坡A*STAR林明博士、中國(guó)科學(xué)院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心喻志武研究員、南京大學(xué)董林、高飛、侯文華、郭學(xué)鋒、丁維平等教授和柯曉康高工參與了本論文的研究工作。
該項(xiàng)研究中，在較低溫度下將納米晶樣品與H217O進(jìn)行同位素交換，僅使納米晶表面的O物種被17O標(biāo)記。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，表面選擇性標(biāo)記后兩種納米晶的17O核磁共振譜圖截然不同，說明不同晶面的表面O物種的化學(xué)環(huán)境確實(shí)有顯著差異，能夠通過核磁共振譜學(xué)區(qū)分納米晶的暴露鏡面。研究還通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)譜圖和由不同模型計(jì)算得到的譜圖，提供了以往譜學(xué)研究從未提供的細(xì)節(jié)：在高能的TiO2(001)表面，發(fā)生了表面重構(gòu)以及H2O分子的解離吸附；在較低能量的TiO2(101)表面，存在“臺(tái)階”狀缺陷位，H2O分子更易在該位置發(fā)生分子吸附。
這項(xiàng)工作為表征氧化物納米晶的暴露晶面、揭示表面局域結(jié)構(gòu)乃至研究這類材料的構(gòu)效關(guān)系提供了一種靈敏的新方法?！段锢砘瘜W(xué)學(xué)報(bào)》將該工作作為亮點(diǎn)報(bào)道（Acta Phys. -Chim. Sin., in press, doi: 10.3866/PKU.WHXB201709251）。
以上研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部國(guó)家重大科學(xué)研究計(jì)劃青年科學(xué)家專題、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)牛頓高級(jí)學(xué)者等項(xiàng)目的支持和資助。
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