固体高分辨核磁共振在多相催化研究中的应用进展
利用固体核磁共振技术研究材料结构
利用固体核磁共振技术研究材料结构固体核磁共振（solid-state nuclear magnetic resonance, ssNMR）技术是一种用来研究固体材料中原子结构和分子结构的重要工具。
与传统的质谱手段相比，ssNMR可以在不需要大量的分析样本的情况下，研究材料中原子和分子结构的细节，特别是在非晶态或无晶体结构中。
因此，固体核磁共振技术在材料科学领域得到了广泛应用。
固体核磁共振技术的原理是利用核磁共振现象，即核自旋与外磁场间的相互作用，通过一系列的脉冲序列和回波信号生成，确定材料中原子的排列方式、化学键的性质和分子的构象等信息。
与液态核磁共振不同，固态核磁共振的信号产生方式更复杂，需要通过优化仪器的设计和信号处理算法，来克服信号噪声等技术难题。
固体核磁共振技术在材料科学中的应用非常广泛。
其中，最常见的应用是研究催化剂、聚合物材料和电子器件等。
催化剂是其中的一个重要领域。
对于催化剂材料的研究，需要通过核磁共振技术来确定催化剂中活性位置的结构，确定反应机理的信息。
聚合物材料是另外一个常见的研究领域。
对聚合物材料分子结构的理解和确定，有助于优化聚合物的特性，提高材料性能。
电子器件则是近年来新兴的应用领域，例如，ssNMR技术可以用来研究高分子电解质和电极材料，以确定电池的性能和特性。
除了上述的应用，ssNMR技术还可以应用在其他领域，例如，医药和化学研究等。
医药研究中，ssNMR技术可以用来确定药物的结构和稳定性。
特别是在新药开发中，ssNMR技术可以帮助科学家确定新药分子的合成路径、理解药物与生物体的相互作用等。
在化学研究方面，ssNMR技术可以用来研究分子结构和物理性质，例如，固体材料的同位素效应、低维材料中个别分子的相互作用等。
在总结使用ssNMR技术的应用领域时，可以看到这项技术已经成为材料科学领域中必不可少的工具之一。
除了此外，还需要提到的是，核磁共振技术是一项现代科学技术的代表，随着技术的发展和新应用的出现，其应用前景也愈发广阔。
固体核磁共振技术
固体核磁共振技术固体核磁共振技术（Solid-state Nuclear Magnetic Resonance, SSNMR）是一种非常重要的分析技术，用于研究固体样品中的原子和分子结构以及它们之间的相互作用。
它广泛应用于材料科学、化学、生物化学等领域，为我们揭示了许多固体材料的内部结构和性质。
固体核磁共振技术的原理是基于原子核在磁场中的行为。
原子核有自旋，当它们处于外加磁场中时，会出现能级分裂的现象。
通过外加射频脉冲，可以使原子核跳跃到高能级，然后再返回到低能级时释放出一些能量。
这些能量的释放会被测量并用于研究样品的性质。
与传统的液体核磁共振技术不同，固体核磁共振技术主要应用于非晶态或结晶态的固体样品。
由于固体样品中原子核之间的相互作用较强，导致了谱线的展宽，使得信号分辨率较低。
因此，固体核磁共振技术在样品制备、谱线处理等方面都面临着较大的挑战。
为了克服这些挑战，研究人员开发了许多技术和方法。
其中一个重要的技术是魔角旋转（Magic Angle Spinning, MAS）。
通过将样品置于一个特定角度旋转的转子中，可以减少样品中的晶体畸变，从而提高信号分辨率。
此外，还可以利用不同的脉冲序列和谱线处理算法来提高信号强度和分辨率。
固体核磁共振技术可以用于研究各种固体样品，例如无机晶体、有机化合物、聚合物等。
通过测量样品中不同原子核的共振频率和耦合关系，可以确定它们的化学环境和化学键的性质。
此外，固体核磁共振技术还可以研究样品的动态过程，如固态反应、动态结构等。
在材料科学领域，固体核磁共振技术被广泛应用于研究材料的晶体结构、晶格动力学、晶体缺陷等。
例如，研究人员可以通过固体核磁共振技术来确定材料的晶体结构，并研究其在不同温度和压力下的变化。
此外，固体核磁共振还可以用于研究材料的表面性质、表面修饰等。
在化学和生物化学领域，固体核磁共振技术可以用于研究分子的结构、构象、动力学等。
通过对样品中特定原子核的共振频率进行测量，可以确定分子的化学环境和化学键的性质。
固体酸催化剂结构与催化反应机理的核磁共振研究
核磁共振技术对催化剂研究的贡献
提供高分辨率的结构信息
NMR技术可以提供分子内部的精细结构信息，有助于深入理解催 化剂的组成和结构。
无损检测
NMR技术是一种非破坏性检测方法，可以在不破坏催化剂样品的 情况下进行结构分析。
动态行为研究
通过NMR技术可以研究催化剂在反应过程中的动态行为，有助于 优化催化剂设计和反应条件。
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核磁共振在催化剂研究中的应用
固体酸催化剂的结构分析
催化剂活性中心研究
通过测定催化剂中不同类型原子核的 化学位移，可以推断催化剂的表面结 构和酸性性质。
通过测定活性中心附近原子核的化学 位移和偶极耦合常数，可以推断活性 中心的电子结构和化学环化反应过程 中各物种的生成和转化，从而揭示催 化反应机理。
孔道结构
催化剂的孔道结构影响催化反应物的扩散和传输， 孔道结构合理有助于提高催化反应的效率和选择 性。
03 核磁共振技术在催化剂研 究中的应用
核磁共振原理
01
核磁共振（NMR）是一种基于原 子核磁性的物理现象，当原子核处 于磁场中并受到特定频率的射频辐 射时，会产生共振现象。
02
通过测量共振信号，可以获得原 子核的磁性参数和化学环境信息 ，从而推断分子的结构和动态行 为。
剂的活性、选择性和稳定性。
固体酸催化剂的结构分析方法
X射线衍射（XRD）
透射电子显微镜（TEM）
用于测定催化剂的晶体结构和晶格常数， 了解酸性组分的物相和结晶度。
观察催化剂的微观形貌和粒径分布，了解 酸性组分的分散状态和载体与酸性组分的 相互作用。
傅里叶变换红外光谱（FTIR）
核磁共振（NMR）
固体核磁共振研究进展——邓风研究员及其团队专访
物理化学学报Acta Phys. -Chim. Sin.2020,36 (4), 1911014 (1 of 2)[Spotlight] doi: 10.3866/PKU.WHXB201911014 固体核磁共振研究进展—邓风研究员及其团队专访《物理化学学报》编辑部北京大学化学与分子工程学院，北京100871Interview with Professor Feng Deng and His Research Team on the Solid-State NMR ResearchEditorial Office of Acta Physico-Chimica SinicaCollege of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871, P. R. China.Email:************.cn.Published online: November 11, 2019.与X射线衍射相比，固体核磁共振(NMR)作为一种重要的谱学技术，它对体系中的近程有序变化更为敏感，非常适合用于研究各类非晶固体材料的微观结构和动力学行为，能够提供原子分子水平的结构信息。
固体NMR已被广泛应用于多相催化、聚合物、玻璃、锂电池、纳米材料、药物和膜蛋白等诸多研究领域。
近年来，随着高场NMR谱仪(800 MHz及以上)和超高速(60 kHz及以上)魔角旋转探头的应用以及各类先进一维、二维脉冲实验技术和超极化技术的研发，极大地促进了固体NMR方法学的发展及其应用范围的拓展。
我们有幸采访了固体核磁共振专家，《物理化学学报》“固体核磁共振”特刊的客座编辑邓风研究员，为我们分享他的固体核磁共振研究经历及对固体核磁共振的现状和发展趋势的看法。
问题1：邓风研究员，在您的科研生涯中从事过哪些方面的研究？您从什么时候开始从事固体核磁共振方面的研究？回答：我从1988年到中国科学院武汉物理与数学研究所读研究生开始就一直从事固体核磁共振方面的研究工作，并于1992年开始专注于以沸石分子筛为代表的固体酸催化剂的结构与性能的固体NNR研究。
核磁共振技术的进展及应用前景
核磁共振技术的进展及应用前景随着科技的不断迭代和升级，各种新型技术层出不穷。
而核磁共振技术（NMR）作为一种重要的科学研究工具，已经得到广泛应用，特别是在生命科学和医学领域。
本文将从了解NMR的基本原理开始，梳理其在科学研究和医学应用方面的一些进展，以及它未来的发展趋势。
一、NMR基本原理核磁共振技术是一种基于磁共振现象的分析方法，其理论基础主要建立在两个方面：核自旋和外磁场。
不同的原子核有不同的能量状态或自旋取向，而这两种状态之间的能量差可以通过较强的磁场加热来实现，使核从基态跃迁到激发态。
当外磁场作用于原子核时，会引起围绕原子核的电子的磁场产生反应，从而改变电子环能级，使原子核有不同的磁矩，这种状态称为核磁共振。
通过核磁共振技术可以对固体、液体和气体等样品进行分析。
在这个过程中，将样品放置在一个较强的磁场中，然后用一些无线电波去激发原子核，激发后的原子核会在不同的时间段内逐渐回复到基态，过程中会发出一些电磁波。
这些电磁波可以通过一系列的电子设备进行检测和处理，从而得出样品的性质和组成。
二、NMR在科学研究中的应用1、物理化学方面核磁共振技术在物理化学研究方面发挥着重要的作用。
在材料学领域中，通过核磁共振技术可以了解物质的结构、动力学和几何构型，更加深入的了解材料的性质和特点。
例如，核磁共振技术可以帮助科学家更好的研究分子内部结构，从而对新型材料的制备、催化反应和超导材料等方面进行更深入的研究。
2、生命科学方面在生命科学和医学领域，核磁共振技术是一种非常有用的实验方法。
例如，在生物医学领域中核磁共振技术可以用于研究新药物和其它生物分子间的相互作用；在组织学领域中也可以通过核磁共振技术来研究组织中的细胞组分，从而更好的理解生物物质的组成和结构。
三、NMR在医学领域的应用1、诊断核磁共振技术在医学领域中的应用主要是用于诊断和治疗。
在医学成像方面，核磁共振技术可以生成高清晰度的图像，进而了解病变对组织结构的影响情况，给医师提供更全面的诊断信息。
固态核磁共振成像技术在医学研究中的应用
固态核磁共振成像技术在医学研究中的应用概述：固态核磁共振成像技术（SSNMR）是一种利用核磁共振原理对固体样品进行结构分析和成像的技术。
随着技术的不断发展，SSNMR在医学研究中开始得到广泛应用。
一、SSNMR的原理核磁共振（NMR）是一种通过磁场作用于原子核磁矩获得样品结构以及化学和物理性质信息的技术。
当样品处于强磁场中时，原子核会自发地进入低能级状态，通过外加较弱的电磁辐射对其进行激发，原子核可以产生共振信号。
这些信号可以用于了解分子结构和化学反应。
固态核磁共振成像技术可以对固体样品中的原子核产生原位的立体图像。
二、SSNMR在医学研究中的应用1.药物研究SSNMR可以用于研究药物分子在晶体中的排列及晶体结构内部的动态过程。
此外，也可以观察药物对蛋白质分子和生物膜的作用，助于药物研发和设计。
2.蛋白质结构蛋白质是生命的基本单位之一，其结构对于其功能至关重要。
SSNMR可以通过研究样品中的核磁共振信号和晶体学技术相结合来解析蛋白质的三维结构。
此外，SSNMR还可以观察蛋白质在水溶液中的动态行为。
3.病理研究SSNMR可以用于研究生物样本中的分子结构和组织的化学成分。
例如，通过研究肿瘤组织中的脂肪含量和组织结构，可以为肿瘤的诊断提供新的方法。
4.生物大分子相互作用研究SSNMR可以用于观察蛋白质和其他生物大分子之间的相互作用。
这有助于了解生物分子互动的动态过程并推进相关疾病的研究。
三、SSNMR技术的发展与挑战SSNMR技术已经取得了重要突破，但是在生物组织成像方面仍面临挑战。
一方面，高分辨率固态核磁共振成像仍需要更快、更准确的磁共振仪器；另一方面，生物样本通常具有复杂的结构和多种化学成分，仍需要更加复杂和多功能的SSNMR技术才能真正解决生物组织成像的难题。
四、结论固态核磁共振成像技术在医学研究中应用广泛，其应用前景已经受到广泛的关注和认可，SSNMR技术的不断进步将在医学研究和疾病治疗方面发挥越来越重要的作用。
核磁共振技术及其在固体材料结构和物性研究中应用
4） 1/T1揭示非常规超导体的低能自旋涨落现象。
高温超导、有机超导体中存在自旋涨落现象：
自旋涨落是超导配对的原因？
Moriya自旋涨落理论
T1T (T ) / A
(TMTSF)2PF6 高压下的77T1
核磁共振自旋晶格弛豫率是探测低能自旋涨落的优越手段
核磁共振的优势
1. 具有位置选择性的探测手段； 2. 样品整体特性； 3. 对低能元激发更灵敏，而这些低能元激发决定了固体的特性。
多维度核磁共振研究大分子蛋白质和DNA
原子核间的磁偶极矩作用
3 I1z
I
z 2
I1
I
2
r3
5.广义的磁共振技术
举一反三：其它共振技术
工具 核磁共振 核四极距共振 电子自旋共振 谬子自旋共振
局部探头
优点
原子核磁 位置选择性 矩
核四极矩 位置选择性
电子磁矩 灵敏度高
谬子磁矩 宽频
缺点 窄频
样品质量要 求高 可研究样品 少 大型设备
自旋单态与自旋三态
17O NMR, Y. Maeon et al, Physics Today, 56, 42 (2001)
自旋晶格弛豫（T1）对低能的元激发最 敏感（ω N100MHz~0.4μeV）
1/ T1
Ahf Se In
~ | mks| Ahf S I | n'k' s'|2 (Eks Ek's') f (ks)(1 f (k' s'))
库伯电子对配对波函数：轨道X自旋波函数 反对称 PS : 1) (s, d ) Singlet 2) ( p, f ) Triplet
核磁共振技术在材料科学研究中的应用
核磁共振技术在材料科学研究中的应用核磁共振技术（NMR）是一种常用于物质结构分析的非常重要的科学方法，它广泛应用于化学、生物、医学等多个领域，其中最为广泛的应用就是在材料科学领域。
本文将讨论核磁共振技术在材料科学研究中的应用。
一、核磁共振成像技术核磁共振成像技术（MRI）是一种用于人体内部结构成像的先进技术，但是用于物质结构成像也有很大的前景。
通过MRI技术，科学家可以非常精确地测量和分析不同样本内部的结构和组成，这对于材料科学研究非常重要。
此外，MRI技术能够大大降低计算机模拟和实验过程中的错误率，因此在工程和工业领域拥有很大的应用前景。
二、核磁共振谱技术核磁共振谱（NMR）技术在材料科学研究中广泛应用，其中核磁共振谱装置通常与微区离析技术相结合。
NMR技术可以提供详细的信息，包括分子结构、组成、反应动力学以及材料结构和性质。
此外，NMR技术还可以用于检测材料中的污染物和其他有害物质。
三、核磁共振动力学技术核磁共振动力学技术可以用于研究分子和原子间的相互作用和运动，以及分子在固体中的速度和方向。
由于材料科学中涉及大量的分子和原子运动问题，因此核磁共振动力学技术被广泛应用于材料科学研究。
此外，核磁共振动力学技术还可以用于测量液态、固态和气态材料中分子和原子的分布和运动情况，这对于研究高分子材料的构成、性质、结构以及功能具有重要的意义。
四、核磁共振催化技术核磁共振催化技术是一种增强催化剂活性和选择性的方法，它在材料科学领域中有着广泛的应用，被用于研究催化反应的基本原理和机制。
通过核磁共振催化技术，科学家们可以通过观察原子和分子在催化剂表面上的位置、活动和相互作用来了解催化反应的因素、动力学以及催化剂的性质。
此外，核磁共振催化技术还可以用于研究新型催化剂的开发和优化，以及监测工业催化过程中的催化剂活性和选择性变化。
总结起来，核磁共振技术在材料科学研究中具有非常重要的应用价值。
在材料科学研究中，核磁共振技术不仅可以提供材料的结构和组成信息，还能深入研究分子和原子的运动过程、催化反应的机理和催化剂的活性等方面。
核磁共振在金属催化方面的应用
核磁共振在金属催化方面的应用核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是一种广泛应用于化学、物理学等领域的分析技术，它通过对核自旋的磁共振信号进行测量，提供了样品分子结构和动态信息的非常详细的数据。
在金属催化领域，核磁共振技术有着广泛而深刻的应用，涉及催化剂设计、反应机理研究和催化剂表征等方面。
以下是核磁共振在金属催化方面的一些主要应用：1.催化剂设计和优化：利用核磁共振技术可以对催化剂的结构进行详细的表征，包括金属配位环境、配体结构以及催化剂表面的活性位点等信息。
这有助于设计和优化催化剂，提高催化性能。
2.反应机理研究：核磁共振技术可以追踪反应过程中中间体的形成和转化，揭示金属催化反应的机理。
通过监测反应中的反应物和产物的核磁共振信号变化，可以推断反应途径，优化反应条件。
3.溶液相催化反应研究：在溶液中进行的金属催化反应，核磁共振可以提供反应过程中溶剂、反应物和产物的详细信息。
这对于理解反应动力学、溶剂效应等具有重要意义。
4.表面催化剂研究：对于固体表面上的金属催化剂，固体核磁共振（SS-NMR）可以用于研究金属和反应物分子之间的相互作用、表面催化活性位点的分布等。
5.金属催化剂的固体结构分析：核磁共振技术可以用于研究金属催化剂的固体结构，包括晶体结构、金属配位环境、晶格缺陷等。
这对于理解催化剂的稳定性和寿命有重要的影响。
6.动态催化反应研究：利用核磁共振技术，可以对金属催化反应中的动态过程进行实时监测，揭示反应速率、过渡态的存在以及催化剂的再生过程等。
综上所述，核磁共振技术在金属催化领域的应用为研究人员提供了强大的工具，帮助他们深入了解金属催化反应的机理、催化剂的结构以及反应过程中的动态变化。
这对于开发更高效、高选择性的金属催化反应具有重要的指导作用。
pfg nmr脉冲梯度下的固体核磁
概述：1. pfg nmr技术简介2. pfg nmr在固体核磁共振中的应用3. pfg nmr的优势和局限4. pfg nmr在化学和材料科学中的前景正文：1. pfg nmr技术简介PFG NMR（Pulsed Field Gradient Nuclear Magnetic Resonance）是一种旨在通过引入脉冲磁场梯度来区分不同位置处的核自旋的技术。
这种方法利用了不同位置处的核自旋在磁场梯度下的漂移速度不同的原理，从而实现对样品中不同位置处的核自旋进行分辨。
由于磁场梯度的引入，PFG NMR技术相较于传统的NMR技术能够提供关于样品微观结构的更多信息，因此在化学、生物和材料科学等领域得到了广泛的应用。
2. pfg nmr在固体核磁共振中的应用PFG NMR技术在固体核磁共振中具有独特的应用优势。
传统的固体NMR技术通常难以对固体样品中不同位置处的核自旋进行分辨，因而难以获取关于固体微观结构的详细信息。
而PFG NMR技术则能够通过引入脉冲磁场梯度，实现对固体样品中不同位置处的核自旋进行定位和分辨，从而为研究固体样品的微观结构提供了新的思路和手段。
在固体NMR的研究领域中，PFG NMR的应用被广泛用于研究固体材料的孔隙结构、表面形貌以及局部动力学等方面的性质。
3. pfg nmr的优势和局限PFG NMR技术在固体核磁共振研究中具有诸多优势。
PFG NMR技术能够提供样品中不同位置处核自旋的分辨信息，能够获取有关材料微观结构和动态特性的详细信息。
PFG NMR技术能够对磁场梯度下的核自旋漂移行为进行定量表征，为固体NMR研究提供了新的手段。
然而，PFG NMR技术也存在着一些局限性，如在实验操作上的复杂性、数据处理上的难度等方面存在一定的挑战，因此在实际应用中需要科研人员具有一定的专业知识和技能。
4. pfg nmr在化学和材料科学中的前景PFG NMR技术在化学和材料科学中具有广阔的应用前景。
新型核磁共振光谱技术的应用及其发展趋势
新型核磁共振光谱技术的应用及其发展趋势核磁共振光谱技术（NMR）是一种重要的分析方法，能够对物质结构和组成进行无损分析，广泛应用于生物化学、材料科学、环境监测等领域。
近年来随着科学技术的不断发展，新型的核磁共振光谱技术不断涌现，为NMR技术的应用和发展带来了新的机遇和挑战。
一、常见的核磁共振光谱技术1、液体核磁共振技术液体核磁共振技术是最早被使用的核磁共振技术之一，适用于液态样本的分析和测定。
通过对物质中的分子进行核磁共振的激发和检测，可以获取样品的结构信息和分子组成，如化学位移、偶合常数等。
2、固体核磁共振技术固体核磁共振技术是近几十年发展起来的新型技术，适用于研究固体材料的结构和性质。
通过对凝固态样品进行高分辨的核磁共振测量，可以获取样品的结构、构象、晶体缺陷等信息，在新材料的研究和开发中得到了广泛应用。
3、核磁共振成像技术核磁共振成像技术（MRI）是一种非侵入性的影像技术，可以对人体内部的结构和组织进行全方位的显示和分析。
在医学诊断中，MRI技术被广泛应用于脑、骨、心脏等部位的检查和诊断，成为一种极为重要的医学影像技术。
二、新型核磁共振光谱技术的应用1、超高场核磁共振技术超高场核磁共振技术是近年来快速发展起来的一种新型核磁共振技术，可以在高于1.5T的磁场下进行核磁共振实验。
相较于常规的核磁共振技术，超高场核磁共振拥有更高的信噪比和分辨率，可以对细微的分子结构和相互作用进行更加精细的分析和探究，广泛应用于生物科学、化学、药学等领域。
2、核磁共振晶体学技术核磁共振晶体学技术是一种新兴的固态核磁共振技术，通过对晶体样品进行高分辨的核磁共振测定，可以获取晶体中各原子的位置和固体结构等信息，成为一种研究晶体材料的重要手段。
该技术的应用范围主要覆盖化学、材料科学、生物化学等领域。
3、超极化核磁共振技术超极化核磁共振技术是最新发展起来的一种新型核磁共振技术，通过对样品中的核自旋进行非平衡极化，可以大幅度提高核磁共振的信噪比和分辨率。
核磁共振研究进展
2005-2011年核磁共振研究进展[摘要]核磁共振分析技术是利用物理原理, 通过对核磁共振谱线特征参数的测定来分析物质的分子结构与性质。
它不破坏被测样品的内部结构, 是一种无损检测方法。
本文重点介绍了核磁共振技术在高分子材料分析，结构生物学，食品品质分析，重油表征，表面活性剂混合胶束体系等中的应用研究进展。
[关键词]核磁共振技术应用研究进展核磁共振是处于静磁场中的原子核在另一交变磁场作用下发生的物理现象。
通常人们所说的核磁共振指的是利用核磁共振现象获取分子结构、人体内部结构信息的技术。
原子核自旋产生磁矩，当核磁矩处于静止外磁场中时产生进动核和能级分裂。
在交变磁场作用下，自旋核会吸收特定频率的电磁波，从较低的能级跃迁到较高能级。
这种过程就是核磁共振。
核磁共振技术主要有两个学科分支: 核磁共振波谱(Nu-clearMagnetic Resonance Spectroscopy) 和磁共振成像 (Magnetic Resonance Imaging, 简称MR I)。
核磁共振波谱技术是基于化学位移理论发展起来的, 主要用于测定物质的化学成分和分子结构。
核磁共振成像技术诞生于 1973 年, 它是一种无损测量技术, 可以用于获取多种物质的内部结构图像。
最初的核磁共振技术主要用于核物理方面, 现今已经被化学, 食品, 医学, 生物学, 遗传学以及材料科学等领域广泛采用, 已经成为在这些领域开展研究工作的有力工具。
[1]1、固体核磁共振在高分子材料分析中的研究[2]动态核磁共振(dynamic NMR)一般用于研究物质内部分子、原子运动对核磁共振信号的影响。
高分子动态NMR方法被用来研究高分子体系的时间相关性。
可通过测定分子弛豫数据考察分子运动的速度,研究分子运动与大分子结构的内在关系。
还有人研究了压力对无规聚丙烯分子链运动的影响,其平均相关时间符合Vogel-Fulcher-Tammann-Hesse (VFTH)关系。
固体核磁共振波谱仪用途
固体核磁共振波谱仪用途
固体核磁共振波谱仪是一种广泛应用的实验仪器，主要用于研究物质的原子或分子的结构、动态行为以及化学环境。
这种仪器利用核自旋磁矩进行研究，被广泛应用于化学、物理、材料科学、生物学和医学等领域。
以下是固体核磁共振波谱仪的一些主要用途：
1.分子结构和化学键研究：通过测量核自旋之间的磁相互作用，可以对分子
结构进行高精度分析。
此外，通过研究化学位移，可以了解分子中不同原子或基团之间的相互作用和距离。
2.动力学研究：利用固体核磁共振波谱仪，可以研究分子内部的动力学过程，
例如化学反应速率、分子振动模式等。
3.材料科学：固体核磁共振波谱仪在材料科学中有广泛应用，例如在研究陶
瓷、玻璃、复合材料等无机非金属材料时，可以通过分析谱线来了解材料的组成和结构。
4.生物医学应用：固体核磁共振波谱仪也可用于生物医学领域，例如在研究
药物代谢、生物分子结构和功能方面有重要作用。
此外，核磁共振成像技术也在医学诊断和治疗中发挥着重要作用。
5.环境科学研究：固体核磁共振波谱仪还可用于环境科学研究，例如在研究
土壤、水体等自然环境中的污染物和化学物质时，可以通过分析谱线来了解其组成和来源。
总之，固体核磁共振波谱仪是一种重要的实验仪器，具有广泛的应用领域，可以为科学研究提供重要的结构和动力学信息。
核磁共振技术及其应用进展
核 磁共 振 技 术 发 展 得 最 成 熟 、应 用 最 广 泛 的
是 氢 核共振 ，可 以提 供化 合 物 中氢 原子 化 学 位移 ，
氢 原子 的相 对 数 目等 有 关信 息 ，为 确 定 有 机分 子
ห้องสมุดไป่ตู้
结 构 提供依 据 。
迄今 ，利用 高分辨 核磁 共振 谱仪 已测 定 了上 万
现在 。二 维 核 磁 共 振 技 术 已被 广 泛 应 用 于 复 杂 生物 大 分 子 的 研 究 ，尤 其 对 于 那 些 分 子量 不 太 大 的物质 （Ｍ 小于 １０ｋｄ），高分辨 核磁 技术 给 出 的 结 构 ，可与 Ｘ射线 衍射 相媲 美 。
随着核 磁共 振 仪 兆 数 的提 高 ，分 辨 率 的 增 加 ， 以及标 记 技 术 的 发 展 ，大 分 子 量 的蛋 白结 构 也 能 用 核磁 共 振 技 术 确 定 。新 兴 起 的 三 维 核 磁 共 振 （３ＤＮＭＲ）技 术 也 开 始 应 用 于 生 物 分 子 的 研 究 ， 有 人用 １３Ｃ，１５Ｎ，２Ｈ 标 记 的 三 维 核 磁 共 振 研 究 了分子量 小 于 ４０ｋｄ的蛋 白质 。美 中不 足 的是 ，三 维 核磁共 振 实验 需 时 长 ，且 蛋 白质标 记 过 程 复 杂 ， 一 定 程度 上 限制 了三维 核磁共 振 技术 的广 泛应 用 。 ２．２ 固体高 分辨核 磁 共振
３ 核 磁 共 振 技 术 在 化学 领 域 的应 用
核 磁共 振 广 泛 应 用 于 各 行 各 业 ，在 世 界 的许
多大学 、研 究 机 构 和 企 业 集 团 ，都 可 以 听 到 核 磁
共 振这 个名 词 ，其 用途 日益 广 泛 。
３．１ 在 有 机化 学 中的应 用
核磁共振技术在高分子材料结构分析中的应用
1
核磁共振技术在高分子材料结构分析中的应用
聚醚聚醇的两种三氟乙酸酯可以用 19F NMR 谱加以区别，如图 2-3，与伯醇及仲醇反应后的 三氟甲基的 19F 共振峰被分裂成间隔为 0.5ppm 的两部分。根据他们的积分强度比，可算出 原来共聚物中伯醇端基占整个端基的比例，即
伯醇%
[ I1 ] 100% [ I1 ] [ I 2 ]
图中 m 表示等规立构排列，mm 表示三元组立构序列；相关性可以判别出 1H 峰对应的立体规整度的序列 r
3.2 分子链的相互作用
二维 NOE 谱简写为 NOESY（nuclear overhauser effect spectroscopy），2D NOESY 可以 用来研究高分子链与链之间的分子作用。如果两个质子靠得较近，2D NOESY 中的交叉峰 能够反映出质子间的偶极-偶极相互作用， 即使没有任何化学键把他们连接在一起。 由于 NOE [12] 反比于核间距的 6 次方，若核间距大于 5 挨，就不会有 NOE 相关的交叉峰出现 。 NOESY 成功地被用来研究甲基丙烯酸甲酯-4-乙烯基吡啶共聚物中的甲氧基质子与苯 乙烯-磺酸苯乙烯共聚物中芳烃质子间的空间偶极作用[13]。被用来测定苯乙烯-甲基丙烯酸甲 酯交替共聚物的相邻链段的质子间的距离[14]。
2 溶液 NMR 谱在高分子结构研究中的应用
溶液 NMR 谱用于研究高分子结构已有较长的历史，也积累了相当丰富的经验与知识。 将高分子样品溶解在合适的溶剂中，测定其 NMR 谱，可以得到样品的化学位移，共振峰的 积分强度，偶合现象和偶合常数，弛豫时间 T1 及 T2，以及旋转坐标系中的弛豫时间 T1ρ等重 要信息。分析这些波普信息，便可以推断出有关的化学组分、相对分子质量、支化度、几何 异构和分子链序列结构等知识。溶液 NMR 谱在高分子结构研究中发挥了重要作用。
固体核磁共振相互作用
固体核磁共振相互作用固体核磁共振（solid-state nuclear magnetic resonance，SSNMR）是一种利用核磁共振技术研究固体样品的方法。
与传统的液体核磁共振不同，固体核磁共振需要克服固体样品中有序结构、化学位移重叠和强磁场梯度等困难。
本文将介绍固体核磁共振的原理、应用和相关技术的发展。
一、固体核磁共振原理固体核磁共振的原理与液体核磁共振类似，都是利用原子核在外加磁场作用下的磁性行为。
原子核具有自旋，当样品处于外加磁场中时，原子核的自旋会在磁场作用下产生共振吸收。
通过测量共振吸收的频率和强度，可以获得样品的结构和性质信息。
二、固体核磁共振的应用1. 固体材料结构研究：固体核磁共振可以用来研究各种不同类型的固体材料的结构特征，如晶体材料、纤维素材料等。
通过分析固体样品中原子核的化学位移和耦合常数，可以确定原子核的化学环境和相互作用关系，从而推测出材料的结构信息。
2. 药物研究：固体核磁共振在药物研究中有着广泛的应用。
通过固体核磁共振技术可以研究药物在固态下的结构和性质，包括药物晶型的鉴定、晶格结构的确定、药物与载体之间的相互作用等。
这些研究对于药物的制剂设计、性能评价和质量控制具有重要意义。
3. 催化剂研究：固体核磁共振可以用来研究催化剂的结构和反应机理。
通过固体核磁共振技术可以获得催化剂表面的化学环境和物理状态信息，揭示催化剂的结构与性能之间的关系，从而指导催化剂的设计和优化。
三、固体核磁共振技术的发展固体核磁共振技术的发展经历了多个阶段，从最早的连续波固体核磁共振到现代的脉冲固体核磁共振，技术不断改进和完善。
脉冲固体核磁共振技术的发展使得固体核磁共振在固体材料研究中的应用更加广泛。
此外，高分辨固体核磁共振、多维固体核磁共振等新技术的出现也为固体核磁共振的应用提供了更多可能性。
与液体核磁共振相比，固体核磁共振面临着一些特殊的挑战。
固体样品中存在有序结构，导致核磁共振信号的强度较弱，需要采用高灵敏度的探测器和脉冲技术来增强信号。
固体核磁共振在多相催化研究中得应用—从结构表征到反应机理研究
固体核磁共振在多相催化研究中的应用
—从结构表征到反应机理研究
作者：贺鹤勇
作者单位：复旦大学化学系
1.赵辉鹏.顾莉琴.刘芳.查刘生天然绿色棉花的固体核磁共振表征[会议论文]-2006
2.任海兰.岳勇.叶朝辉.REN Hai-Lan.YUE Yong.YE Chao-Hui固体NMR在玻璃微结构研究中的应用[期刊论文]-无机化学学报1999(2)
3.伊廷锋.胡信国.高昆.YI Ting-feng.HU Xin-guo.GAO Kun锂离子蓄电池正极材料固体核磁共振研究进展[期刊论文]-电源技术2005,29(12)
4.韩文慧有机/无机纳米复合材料的固体NMR研究[学位论文]2003
5.赵辉鹏.顾莉琴.刘芳.查刘生.ZHAO Hui-peng.GU LI-qin.LIU-fang.ZHA
Liu-sheng天然绿色棉花的固体核磁共振表征[期刊论文]-分析测试学报2006,25(z1)
6.陈英.宋心远.刘书芳彩色棉中色素对纤维微结构的影响[期刊论文]-印染2004,30(6)
7.王彬彬固体核磁共振研究季铵盐插层剥离α-磷酸锆的主客体相互作用[学位论文]2010
8.彭路明.郭学锋.丁维平.PENG Lu-ming.GUO Xue-feng.DING Wei-ping沸石17O固体核磁共振研究进展[期刊论文]-波谱学杂志2009,26(2)
9.石磊固体核磁共振在催化剂结构表征和催化反应机理研究中的若干应用[学位论文]2002
10.彭朴.PENG Pu固体核磁共振波谱在石油化工多相催化研究中的应用进展[期刊论文]-化工进展2008,27(2)
引用本文格式：贺鹤勇固体核磁共振在多相催化研究中的应用—从结构表征到。
核磁共振(NMR)波谱技术在高分子研究中的应用
2. 经典力学解释 • 原子核除了自旋外，还要附加一个以外磁场方向为轴线的回旋，即Larmor进动。 • 当外加强磁场时，核的取向变 成平行和反平行于外磁场两种， 一种能量低，一种能量高。
共振条件：
12
三、核的自旋弛豫
弛豫（relaxation）——高能态的核以非辐射的方式释放能量回到低能态的过程
核磁共振技术的原理，简而言之，就是对于处在磁场中 的原子核，用一定频率的射频波作用使之发生核自旋能级跃 迁，从而产生吸收信号。从吸收频率和强度等数据当中，我 们可以获得大量的化合物结构相关信息。NMR测定过程不破 坏样品，这也是其相对于XRD和电镜等结构分析方法的优势 所在。
4
2. 发展背景
5
II. 基本原理
一、聚合反应转化率的测定
• 聚合反应的监测 • 可用于动力学研究
26
From: NMR Spectroscopy for polymer chemists - ResearchGate
二、聚合物端基表征
应用条件： • 聚合部分的出峰不与端基的出峰重叠 • 端基的峰是清晰可辩的 • 端基峰的积分是可信的 • 通常而言，只适合于分子量Mn小于30000 Da的情况
苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物的 序列构型
• 由于苯环上的氢和 甲氧基上的氢之间 的距离与立体构型 的关系很大，故可 以用来表征立体构 型
Mirau, Bulletin of Magnetic Resonance, 1992,4163, 109
NOESY谱是基于空间上接近 （‹0.5 nm）的两个H的交叉弛豫 （NOE）原理，能够给出H之间的 空间作用信息，帮助判断立体构型
吸电子共轭和给电子共轭分别对应化学位移增大、减小
多相催化技术的现状与发展趋势
多相催化技术的现状与发展趋势近年来，随着环保意识的提升，绿色化学合成成为了全球化学领域的研究热点。
多相催化技术作为绿色合成的重要手段之一，因其高效、可重复性和环保性等特点，在有机合成、环境保护、能源转化等领域发挥着越来越重要的作用。
一、多相催化技术概述多相催化技术，简单来说就是利用固体催化剂在反应体系中催化反应，使得反应速率和反应选择性得到提高，同时还可以降低反应温度和改进反应条件，从而实现对于复杂有机物的高效催化转化。
通常情况下，多相催化反应中，固体催化剂常常分布在液相或气相中，通常被称为液-固相催化剂或气-固相催化剂。
多相催化技术还具有废弃物产生降低、催化剂回收易于高利用率等优点，而且还有助于实现绿色化学的理念。
二、多相催化技术的应用领域1. 有机合成有机合成反应是多相催化技术的重要应用领域之一。
多相催化反应可以在温和的条件下、在无溶剂的情况下，催化酸碱性、氧化还原性以及有机合成中的其他化学反应，实现对于复杂有机物的高效转化。
比如，Pd-C催化剂可以用于羧酸酯与烯烃的重要合成。
2. 环境保护多相催化技术在环境保护领域也大展拳脚。
多相催化反应可以帮助减少废物产生、氧化废水和废气污染物、催化废料等，具有绿色环保方面的优势。
多相催化转化在环境保护领域中的应用十分广泛，如有机废水的氧化处理、甲醛的合成，以及柴油和生物质油的加氢转化等。
3. 能源转化多相催化技术还可以突破传统的化学反应难以实现的条件下，实现液态和气态能源转化。
常见应用包括制备高质量石油化工产品、提高生物燃料的质量和性能、以及利用太阳能制氢等。
三、多相催化技术发展趋势随着科技的进步，多相催化技术的应用领域不断扩展，催化剂的各种物理和化学性质也得到了极大的提高，这将为多相催化技术的发展提供有力支撑。
1. 纳米材料的应用纳米材料作为一种新兴的多相催化剂，在催化剂的稳定性、选择性和催化性能方面都有很大的优势。
探索更好的纳米多相催化剂，将成为今后多相催化技术发展的重要方向。
核磁共振显微镜技术的发展和应用研究
核磁共振显微镜技术的发展和应用研究核磁共振显微镜技术是一种能够观察物质分子运动和结构的高级显微镜技术，借助磁场对物质核自旋的干涉作用，可以提供关于生物大分子和材料表面等微观界面的精确信息。
自上世纪50年代末磁共振技术的出现以来，它经历了多次技术革新的演变，不断增强了其可观测的范围和灵敏度，逐渐成为科学领域中不可或缺的分析仪器之一。
1. 核磁共振原理与发展历程核磁共振(NMR)技术是基于原子核的自旋共振现象，即静磁场一定条件下的核磁态自由演化，从而提供了物质分子结构和内部运动的物理信息。
NMR技术在医学和化学、物理、生物等领域具有广泛的应用，例如通过核磁共振成像(NMRI)技术，医生可以在不侵入人体的情况下了解人体内部的情况。
NMRI的核心部件是磁体，它产生的磁场是不对称的产生旋转，各种组织形态与不同的化合物在相应的磁场下显示出不同的信号，从而能够为医生提供病灶的位置和鉴定诊断的质量等。
可是，传统的核磁共振技术存在着低灵敏度，长时间的数据采集、信号处理时间过长等问题，在不同应用场合需要不同的检测深度、空间分辨率、时间分辨率以及检测灵敏度；因此，2017年度化学诺贝尔奖为威廉·摩根、理查德·海因茨和科尔曼南（Kosuke）的三位科学家颁发，奖励它们发展出了高分辨率的电子自旋共振成像技术(EPR)以及高分辨率的核磁共振显微镜技术(NMRm)。
电子自旋共振(EPR)是一种类似于NMR技术的电子自旋共振成像技术，利用电子自旋在外磁场中的行为来了解物质分子中未共价电子的行为。
因为是利用电子自旋共振实现的，所以EPR能够探测的范围比NMR要广泛得多。
利用EPR技术可以观测到生物分子、材料的表面、催化剂、固体晶体以及量子信息处理等。
2. 核磁共振显微镜技术在化学、物理、生物等领域的应用研究核磁共振显微镜技术作为一种高级显微镜技术，可在纳米尺度下提供有关生物大分子和材料表面等微观界面的精确信息，如蛋白质结构、酶催化反应、金属表面催化、分子筛等，这些信息有助于加深对生命体的认识以及新材料制备。
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27Al MAS 和 27Al MQ MAS NMR 研究β分子筛的脱铝
27Al MAS NMR
Octahedral Al(VI) 0ppm
27Al MAS NMR No Octahedral Al(VI)
Two tetrahedral Al(IV) 50-60ppm
Tetrahedral Al(IV)
固体催化剂的结构表征
骨架原子的 MAS NMR提供分子筛局部结构和排列的微观信息，反映骨架的 晶体结构
1 27Al MAS NMR 和 27Al MQ MAS NMR
27Al天然丰度为100%，I= 5/2，是四极矩核，共振谱线加宽 27Al MAS NMR 可以用来区分不同配位状态的铝物种(高磁场和快速旋转） 27Al MQ MAS NMR 可以将不同二阶四极相互作用的铝物种在二维谱中区分
高分辨 17O NMR 研究全硅的FAU分子筛
Fig.2 The assignment of 17O NMR using quantum mechanical cluster calculations
高分辨 17O NMR 研究全硅的FAU分子筛
O3
O2
O4
O1
Subtle differences in the local structure have been detected experimentally and interpreted by quantum-chemical calculations
只含有一个碱 性基团
15N 标记的有机胺（如吡啶、正丁胺等）和有机膦（如TMP、TMOP）
－－区分不同的Brønsted 和Lewis 酸中心
双膦探针分子研究HY分子筛的Brønsted酸密度
Ph2P(CH2)nPPh2 Diphosphine Probes with Two basic site
129Xe NMR 研究MCM-22分子筛中孔道的优先吸附位
12MR超笼 0.71*1.82nm
10MR窗口 0.4*0.54nm
10MR正弦孔道 0.4*0.59源自m室温下不同氙浓度对应的129Xe NMR
single symmetrical peak
＝ 0＋ s+ Xe-XeXe (1)
High Xe pressure ( 6atm )
较低吸附压力，Xe优先吸附在分子筛的超笼里 吸附压力增加，Xe可以进入到二维正弦孔道里
固体催化剂的酸性表征
（i）1H MAS NMR 是研究催化剂表面酸性最直接的手段
谱线集中，分辨率不高；不能给出Lewis酸信息。
（ii）碱性探针分子在固体催化剂酸性表征中的研究 CO －－Lewis 酸中心 CH3COCH3－－ Brønsted 酸中心
Seminar I
固体高分辨核磁共振 在多相催化研究中的应用进展
报告人 关静 指导教师 包信和
韩秀文
内容简介
固体高分辨核磁共振新技术 固体高分辨核磁共振在分子筛催化研究中的应用 结论与展望
固体高分辨核磁共振测定新技术
谱线窄化技术
谱线宽化，分辨率降低
魔角旋转 MAS 交叉极化 CP 提高稀核的灵敏度 高功率去偶—消除异核偶极相互作用 多脉冲技术 四极核测定的高分辨技术
s= 243 2.054 2.054 + l
(2) 93ppm
正弦孔道中Xe吸附自由程 0.15nm 超笼中Xe吸附自由程 0.135-0.68nm
平均自由程
l＝0.33nm
F.Chen. et.al, J.Phys.Chem.B 2001,105,9426
变温 129Xe NMR
Low Xe pressure( <1atm )
NH3处理后，六配位的铝物种完全转化为四配 位的Al
六配位铝物种四极相互作用较小，与水分子结合且尚未完全脱离骨架氧
J.A. van Bokhoven,J.Am.Chem.Soc.2000,122,12842
固体催化剂的结构表征
2 17O MAS NMR
天然丰度只有0.037%，通常需要17O 富集； I = 5/2, 17O MAS 谱同时受化学位移效应及核四极矩的影响； 普通的17O MAS NMR 谱只能区分化学环境不同的 Si-O-Si 和 Si-O-
Fig. 1 27Al MQ MAS NMR spectrum of calcined zeolite NH4-Beta （HBeta 450(1h)d）
四配位铝物种 Al(IV)b T1 和 T2 位 Al(IV)a T3-T9 位
Fig. 2 27Al MQ MAS NMR spectrum of calcined and subsequently NH3-treated zeolite Beta
固体催化剂的结构表征
3 低灵敏度核NMR 109Ag,49Ti,47Ti,103Rh,96Mo 的核磁共振性质（磁矩、旋磁比） 导致共振频率很低，信号灵敏度很弱，因而决定了它们是非常 难测定的核－－“灰姑娘核”
高磁场和low 核专用探头
固体催化剂的结构表征
4 129Xe NMR
129Xe 天然丰度高达26.4%,I=1/2,检测灵敏度高； 庞大的Xe电子云对周围环境十分敏感，分子筛结构、组成和孔道的任何 变化都会影响Xe的电子云密度，从而改变共振峰的化学位移。 因此，Xe是一个很好的研究分子筛孔穴结构（包括阳离子位置）的探针 分子。
Al结构，但是不能区分结晶学上的不等价O位。
高磁场、高分辨的DOR和DAS技术
高分辨 17O NMR 研究全硅的FAU分子筛
四个结晶学不等价的O位
Fig.1 17O double rotation NMR spectra of Sil-Y at different field strengths
L.M. Bull, et.al, J.Am.Chem.Soc 1998,120,3510
四极核测定的高分辨技术
动态变角 (DAS) 双旋转(DOR)－样品绕两个轴高速旋转
MAS
DAS
DOR
多量子谱（MQ MAS）－获得四极核高分辨谱图最有效的方法
固体高分辨NMR在分子筛催化研究中的应用
固体催化剂的结构和性质表征 固体催化剂表面酸性表征 多相催化反应的MAS NMR 研究