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Chem Rev:大連化物所侯廣進發(fā)表先進固體核磁共振技術(shù)綜述論文

來源:中國科學院大連化學物理研究所      2022-12-26
導讀:近日,中國科學院大連化學物理研究所固體核磁共振及前沿應用研究組(510組)侯廣進研究員與日本理化學研究所Yusuke Nishiyama博士、美國密西根大學Ayyalusamy Ramamoorthy教授等聯(lián)合發(fā)表綜述論文,介紹了超快速魔角旋轉(zhuǎn)(Ultrafast Magic Angle Spinning,UFMAS)下固體核磁共振技術(shù)的發(fā)展及應用。

固體核磁共振作為一種無損的表征手段,可用于揭示多晶粉末,液晶,無定形材料及多組分固體混合物在原子分子層面上的結(jié)構(gòu)及動力學信息。長期以來,固體中復雜各向異性核自旋相互作用所導致的譜線增寬,一直是限制固體核磁譜圖分辨率提高的主要因素?,F(xiàn)代固體核磁使用魔角旋轉(zhuǎn)技術(shù),將裝載樣品的圓柱形轉(zhuǎn)子置于與主磁場夾角為魔角(54.74°)的方向上,并使其繞自身軸線高速旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)對各向異性核自旋相互作用的壓制,從而提高固體核磁譜圖分辨率。隨著探頭技術(shù)的不斷進步,商業(yè)化UFMAS技術(shù)轉(zhuǎn)速已超過100kHz,實驗室報道的UFMAS技術(shù)已高達200kHz,固體核磁譜圖(尤其是1H譜)的分辨率得到極大提高。對于多肽、蛋白質(zhì)等含有復雜1H位點的固體樣品,利用UFMAS技術(shù)已能獲得分辨率接近液體核磁的1H譜。同時,UFMAS技術(shù)也促進了固體核磁脈沖序列的發(fā)展,利用脈沖重耦技術(shù)可獲得各向異性核自旋相互作用中包含的豐富結(jié)構(gòu)及動力學信息。

該綜述從硬件(探頭)與軟件(脈沖序列)兩方面系統(tǒng)介紹了UFMAS技術(shù)的發(fā)展,介紹了相應的核間距與化學位移各向異性測量方法以及多維譜技術(shù),并著重強調(diào)了UFMAS對固體核磁1H譜的重要性。同時,該綜述還介紹了UFMAS條件下對含四極核(自旋>1/2,如2H,14N,27Al,35Ca,71Ga等)體系的研究,并舉例說明了UFMAS技術(shù)在聚合物高分子、無機材料、生物、藥物分子結(jié)構(gòu)表征和動力學分析中的應用。

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侯廣進團隊一直致力于高效固體核磁共振技術(shù)的開發(fā)及在生物,催化,電池等前沿領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)與動力學研究。近些年設計和發(fā)展了一系列適用于高轉(zhuǎn)速魔角旋轉(zhuǎn)、不受NMR硬件約束的新型固體NMR方法,用于探測固體材料體系空間相近性、微觀結(jié)構(gòu)、主客體相互作用(J. Am. Chem. Soc.,2011;J. Am. Chem. Soc.,2013;Proc. Natl. Acad. Sci.,2015;Phys. Chem. Chem. Phys.,2016;Acta Phys. Chim. Sin.,2020;Chem. Sci.,2021;J. Magn. Reson.,2022);核間距離測量、化學鍵相對取向、及多尺度時間域動力學研究(J. Am. Chem. Soc.,2011;J. Am. Chem. Soc.,2012;J. Chem. Phys.,2014;J. Am. Chem. Soc.,2013;Proc. Natl. Acad. Sci.,2015;J. Am. Chem. Soc.,2016;J. Phys. Chem. Lett.,2021;Anal. Chem.,2021;Chem. Rev.,2022)。最近,該團隊利用這些先進固體核磁共振技術(shù)在催化劑金屬氧化物結(jié)構(gòu)分析(Anal. Chem.,2021;ACS Cent. Sci.,2022;J. Am. Chem. Soc.,2022),分子篩酸性位結(jié)構(gòu)(ACS Catal.,2022;J. Am. Chem. Soc.,2022;J. Phys. Chem. Lett.,2021)和孔道限域效應描述(J. Phys. Chem. Lett.,2021;ACS Catal.,2022),以及催化反應機理(Angew. Chem.,2020;J. Energy Chem.,2022;J. Am. Chem. Soc.,2022;Nat. Catal.,2022)研究中取得了一系列創(chuàng)新性的成果。

該綜述以“Ultrafast Magic Angle Spinning Solid-State NMR Spectroscopy: Advances in Methodology and Applications”為題,于近日發(fā)表于Chemical Reviews上。該綜述的第一作者是我所510組侯廣進和日本理化學研究所Yusuke Nishiyama。上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、遼寧省興遼英才計劃等項目的資助。

文章鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00197  

參考資料:http://www.dicp.ac.cn/xwdt/kyjz/202212/t20221222_6587423.html



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