高級(jí)NMR捕獲納米顆粒結(jié)構(gòu)中的新細(xì)節(jié)

美國能源部艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)核磁共振(NMR)技術(shù)揭示了納米技術(shù)，介孔二氧化硅納米粒子(MSNs)中關(guān)鍵材料組的結(jié)構(gòu)以及它們活性化學(xué)位點(diǎn)的放置的令人驚訝的細(xì)節(jié)。

MSN具有微小(約2-15nm寬)三維有序隧道或孔隙，可作為有機(jī)功能組的支撐，以滿足各種需求。隨著催化，化學(xué)分離，生物傳感和藥物輸送的可能應(yīng)用，MSN成為激烈科學(xué)研究的焦點(diǎn)。

“自從MSN發(fā)展以來，人們一直試圖控制它們的運(yùn)作方式，”Ames實(shí)驗(yàn)室化學(xué)和生物科學(xué)部的核磁共振科學(xué)家Takeshi Kobayashi說。“研究通過改變顆粒大小和形狀，孔徑以及在其表面上使用各種有機(jī)官能團(tuán)來完成所需的化學(xué)任務(wù)來探索這一目標(biāo)。但是，了解這些合成工作的結(jié)果可能非常具有挑戰(zhàn)性。”

Ames實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家Marek Pruski解釋說，盡管存在不同的MSN功能化技術(shù)，但沒有人確切知道它們是如何不同的。特別是，直到最近才缺乏有機(jī)基團(tuán)如何在表面上分布的原子級(jí)描述。

“檢測(cè)和量化這些官能團(tuán)，甚至確定它們的結(jié)構(gòu)是一回事，”普魯斯基說。“但是闡明它們的空間排列會(huì)帶來額外的挑戰(zhàn)。它們是否存在于表面上或是否部分嵌入到二氧化硅壁中?它們是否均勻分布在表面上?如果有多種類型的功能，它們是隨機(jī)混合還是形成域?傳統(tǒng)的核磁共振以及其他分析技術(shù)一直在努力為這些重要問題提供滿意的答案。“

Kobayashi，Pruski和其他研究人員使用DNP-NMR來更清楚地了解功能化MSN的結(jié)構(gòu)。“DNP”代表“動(dòng)態(tài)核極化”，一種利用微波激發(fā)自由基中不成對(duì)電子并將其高自旋極化轉(zhuǎn)移到被分析樣品中的原子核的方法，提供極高的靈敏度，通常為兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并且甚至可以節(jié)省更多的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。常規(guī)NMR測(cè)量放置在磁場(chǎng)中的原子核對(duì)直接射頻激發(fā)的響應(yīng)，缺乏識(shí)別表面上不同位點(diǎn)和功能之間的核間相互作用所需的靈敏度。與DNP配對(duì)，以及快速魔角旋轉(zhuǎn)(MAS)，

DNP-NMR方法不僅引出了官能團(tuán)的原子級(jí)位置和分布，而且結(jié)果也證實(shí)了MSN如何制造的一些現(xiàn)有概念以及不同的合成策略如何影響整個(gè)二氧化硅中官能團(tuán)的分散。毛孔。

“通過研究各種實(shí)驗(yàn)條件的作用，我們的核磁共振技術(shù)可以為科學(xué)家們提供他們以更加可控的方式指導(dǎo)MSN合成所需的機(jī)械見解”，Kobayashi說。