中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所波譜與原子分子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄧風(fēng)研究組在快速定量13C魔角旋轉(zhuǎn)固體核磁共振(13C MAS NMR)方法研究方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在近期的《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(J. Am. Chem. Soc. 2010, 132: 5538-5539) 上。

　　13C MAS NMR由于分辨率高而被廣泛應(yīng)用于多相催化反應(yīng)機(jī)理、高分子和膜蛋白的結(jié)構(gòu)與性能等方面的研究中。然而，13C MAS NMR也存在靈敏度低的致命缺點(diǎn)，一般需要通過(guò)信號(hào)累加的單脈沖(Single Pulse, SP)實(shí)驗(yàn)或極化轉(zhuǎn)移的交叉極化實(shí)驗(yàn)(Cross polarization, CP)來(lái)提高其檢測(cè)靈敏度。SP實(shí)驗(yàn)是獲得定量13C NMR 信息最常用的方法，然而由于受到13C核自旋晶格弛豫時(shí)間(T1)的限制，定量SP 實(shí)驗(yàn)往往是比較耗時(shí)的，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求信號(hào)累加所需的循環(huán)延遲至少要大于T1的5 倍以上。

　　鄧風(fēng)研究員和侯廣進(jìn)博士等人提出了一個(gè)全新的觀點(diǎn)：在13C MAS NMR的定量測(cè)量實(shí)驗(yàn)中，循環(huán)延遲不再受自旋晶格弛豫T1的約束，不必滿足5T1的限制，這將極大地縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，有助于提高需要長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)累加體系的研究效率。他們分別發(fā)展了適合于固體NMR中CP和SP實(shí)驗(yàn)的定量測(cè)量方法，包括定量交叉極化(QUCP)技術(shù)和定量單脈沖(QUSP)技術(shù)。其核心是：在常規(guī)CP和SP實(shí)驗(yàn)中引入寬帶同核重耦技術(shù)，非一致性增強(qiáng)和非一致性恢復(fù)的13C核自旋磁化強(qiáng)度將會(huì)在重新耦合的同核偶極-偶極相互作用的驅(qū)動(dòng)下發(fā)生極化轉(zhuǎn)移，在系統(tǒng)達(dá)到準(zhǔn)平衡態(tài)時(shí)每個(gè)核自旋的磁化強(qiáng)度將會(huì)達(dá)到一致。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：針對(duì)任意設(shè)置的循環(huán)延遲，QUCP和QUSP實(shí)驗(yàn)技術(shù)均可以獲得定量的13C NMR測(cè)量結(jié)果;循環(huán)延遲越短，實(shí)驗(yàn)效率越高，這將極大地節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間。鄧風(fēng)研究組把該方法用于固體酸催化反應(yīng)機(jī)理的研究，該方法還有望用于固態(tài)多肽和膜蛋白等生物大分子的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)研究。

　　在前期工作中，該研究組針對(duì)環(huán)境友好固體酸催化劑的結(jié)構(gòu)與性能這一科學(xué)問(wèn)題，發(fā)展了用于研究不同酸中心協(xié)同作用的二維1H-1H雙量子魔角旋轉(zhuǎn)NMR方法(J. Am. Chem. Soc. 2007, 129: 11161-11171;J. Phys. Chem. C 2008, 112:14486)，建立了酸強(qiáng)度定量測(cè)量的NMR標(biāo)尺(J. Phys. Chem. B, 2007, 111: 3085; 2008, 112: 4496; J. Phys. Chem. A 2008, 112: 7337)。利用所建立的NMR方法并結(jié)合量化計(jì)算，他們揭示了一系列固體酸催化劑的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性能(J. Am. Chem. Soc. 2005, 127:18274-18280; J. Phys. Chem. B 2006, 110: 10662; J. Phys. Chem. C, 2008, 112: 15765)。該工作是基于前期工作的又一次重要突破。

　　該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(20933009)、國(guó)家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(20921004)以及國(guó)家科技部973項(xiàng)目(2009CB918600)的大力支持。