最近我院彭路明研究员课题组借助固体核磁共振在氧化物纳米材料的结构和性能表征方面取得新进展。其成果“Identification of different oxygen species in oxide nanostructures with ¹⁷O solid-state NMR spectroscopy”于2月20日在线发表在《科学进展》(Science Advances,2015,1,e1400133)。该论文第一作者是我院硕士生王蒙，彭路明研究员、华东理工大学的龚学庆教授和剑桥大学的Clare Grey教授为共同通讯作者。

    氧化物材料种类繁多，具有重要的应用。氧化物纳米材料往往体现出较块体材料更优越的性能，一般认为这和纳米材料表面配位不饱和的位点以及可能出现的O空位有关，然而其中很多细节尚不清楚。虽然电子显微镜技术也可以观测纳米材料的表面，但由于目前其分辨率还很难提供成键方面的信息，加上电子显微镜观测的样品量太少，代表性并不理想。因此，亟待发展新的针对氧化物纳米结构表面的表征方法。

    该研究以具有广泛和重要工业应用的氧化铈材料为例，借助¹⁷O固体核磁共振技术，结合密度泛函理论计算，成功将氧化铈纳米结构表面第1层、第2层、第3层的O离子、以及O空位附近的O离子、表面OH和位于纳米结构内部的“体相”O离子区分开来（图1）。同时，还开发了新的高效选择表面同位素标记的技术，展示了如何对氧化铈表面和小分子的相互作用，以及氧原子的迁移进行研究。研究结果还显示，有可能借助核磁共振的化学位移区分纳米材料暴露的晶面。这一新的核磁共振表征方法应该能应用在研究其它氧化物纳米材料以及两种材料的界面上，提供与其功能直接相关的表面、界面的结构信息。例如，将氧化物纳米材料用于催化，借助新方法能深入理解反应机理，指认到底是哪些O物种参与了催化反应。

    该课题研究得到了国家自然科学基金、国家重大研究计划和教育部“新世纪优秀人才”支持计划的支持。

    全文链接如下：http://advances.sciencemag.org/content/1/1/e1400133

 

图1. (a) 不同磁场和富集温度的氧化铈纳米粒子¹⁷O NMR谱图；(b) 化学位移DFT计算结果。