化學化工學院彭路明研究員課題組在納米材料的固體核磁共振譜學研究方面再獲重要進展

氧化物納米晶在催化等領域的應用與其暴露晶面密切相關，因此確定晶面結構是建立構效關係、設計性能更優越的新材料的關鍵。目前，納米材料的表面結構主要藉助各種電子顯微鏡技術表徵。然而，電鏡技術因為觀測視野小，所給出的結果可能未必很好地代表整個樣品。因此亟待發展新的表徵納米氧化物材料晶面的方法。

化學化工學院介觀化學教育部重點實驗室彭路明研究員課題組積極開展這一挑戰性課題的研究。在此之前，已經藉助17O固體核磁共振譜學區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（主要暴露晶面的納米片和主要暴露晶面的納米八面體），發展了通過17O固體核磁共振譜學區分暴露不同晶面氧化物納米晶的新方法，相關研究結果發表在《自然通訊》雜誌上（Y. Li, et al., Nat. Commun., 2017, 8, 581）。南京大學為本論文第一單位，南京大學博士研究生李玉紅和華東理工大學吳新平博士為共同第一作者，南京大學彭路明研究員和華東理工大學龔學慶教授為共同通訊作者，新加坡A*STAR林明博士、中國科學院強磁場科學中心喻志武研究員、南京大學董林、高飛、侯文華、郭學鋒、丁維平等教授和柯曉康高工參與了本論文的研究工作。

該項研究中，在較低溫度下將納米晶樣品與H217O進行同位素交換，僅使納米晶表面的O物種被17O標記。實驗發現，表面選擇性標記後兩種納米晶的17O核磁共振譜圖截然不同，說明不同晶面的表面O物種的化學環境確實有顯著差異，能夠通過核磁共振譜學區分納米晶的暴露鏡面。研究還通過對比實驗譜圖和由不同模型計算得到的譜圖，提供了以往譜學研究從未提供的細節：在高能的TiO2(001)表面，發生了表面重構以及H2O分子的解離吸附；在較低能量的TiO2(101)表面，存在「台階」狀缺陷位，H2O分子更易在該位置發生分子吸附。

這項工作為表徵氧化物納米晶的暴露晶面、揭示表面局域結構乃至研究這類材料的構效關係提供了一種靈敏的新方法。《物理化學學報》將該工作作為亮點報道（Acta Phys. -Chim. Sin., in press, doi: 10.3866/PKU.WHXB201709251）。

以上研究工作得到了國家自然科學基金、科技部國家重大科學研究計劃青年科學家專題、英國皇家學會牛頓高級學者等項目的支持和資助。

（化學化工學院 科學技術處）

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