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    Los científicos ahora pueden localizar oxígeno en la estructura de los catalizadores con una precisión de una billonésima de metro.

    Crédito: Angewandte Chemie

    Una nueva aplicación importante de la tecnología de RMN de polarización nuclear dinámica en el Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Ha dado lugar a la capacidad de examinar la estructura química de los catalizadores con una resolución espacial de menos de un picómetro. o una billonésima de metro. Esa capacidad permite a los científicos comprender mejor, y diseñar catalizadores más eficaces para la producción de combustibles y productos químicos de alto valor

    En este estudio, Los investigadores pudieron medir la longitud de los enlaces O-H en estructuras de superficies catalíticas, y correlacionar estas longitudes de enlace con la acidez relativa del material.

    En la tecnología convencional de resonancia magnética nuclear (RMN), los investigadores pueden adquirir información física y química sobre los materiales que están investigando basándose en la forma en que los núcleos atómicos de la muestra interactúan con un campo magnético fuerte. Con el espectrómetro de NMR de polarización nuclear dinámica (DNP-NMR) de Ames Laboratory, que es especialmente adecuado para la investigación de la química de materiales, las microondas se utilizan para polarizar los electrones, que posteriormente excitan los núcleos de la muestra que se analiza. Junto con técnicas experimentales innovadoras, lo que resulta es una lectura muy sensible de la muestra, órdenes de magnitud más rápido que los métodos tradicionales de RMN.

    "La RMN de estado sólido convencional puede, en principio, dilucidar la estructura de los materiales con precisión a escala atómica. Sin embargo, La falta fundamental de sensibilidad de NMR a menudo desafía sus aplicaciones a superficies e interfaces, y ahí es donde realmente ocurre la catálisis, "dijo Marek Pruski, Científico senior del Laboratorio Ames e investigador principal del equipo de investigación. "Aquí es donde entra DNP-NMR. Con su señal mejorada, proporciona una herramienta analítica única para determinar las diferencias aparentemente mínimas en la estructura de los materiales que a menudo determinan su rendimiento ".

    El descubrimiento es parte de un ámbito de investigación más amplio, utilizando un isótopo de oxígeno difícil de medir, 17 Oh analizar materiales con DNP-NMR.

    "Es el único isótopo de oxígeno que se puede medir por RMN, pero desafortunadamente su abundancia natural es prohibitivamente baja, "dijo Frédéric Perras, becario postdoctoral. "Eso significó enriquecer sus muestras con costosos 17 Los isótopos O, que a veces es muy difícil, eran obligatorios. DNP-NMR proporciona una nueva vía para hacer 17 O RMN, sin enriquecimiento de isótopos ".

    "Esta capacidad está abriendo nuevas puertas para la comunidad de investigación de catálisis, "dijo Igor Slowing, un científico que estudia la catálisis heterogénea e interfacial en el Laboratorio Ames. "Si podemos ver los sitios activos de los catalizadores con este nivel de detalle, podemos comenzar a comprender realmente cómo funcionan y luego mejorarlos. Esto podría tener un impacto significativo en muchas industrias ".

    La investigación se analiza con más detalle en el documento, "Abundancia natural 17 O DNP SENS proporciona 17 Distancias O-1H con precisión subpicométrica e información sobre la acidez de Brønsted, "escrito por Frédéric Perras, Zhuoran Wang, Pranjali Naik, Igor I. Disminuyendo, y Marek Pruski; y publicado en Angewandte Chemie .


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