Une nouvelle application majeure de la technologie RMN à polarisation nucléaire dynamique au laboratoire Ames du département de l'Énergie des États-Unis a permis d'examiner la structure chimique des catalyseurs avec une résolution spatiale inférieure à un picomètre, ou un billionième de mètre. Cette capacité permet aux scientifiques de mieux comprendre, et concevoir des catalyseurs plus efficaces pour la production de carburants et de produits chimiques de grande valeur

Dans cette étude, les chercheurs ont pu mesurer la longueur des liaisons O-H sur les structures de surfaces catalytiques, et corréler ces longueurs de liaison à l'acidité relative du matériau.

Dans la technologie conventionnelle de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), les chercheurs peuvent acquérir des informations physiques et chimiques sur les matériaux qu'ils étudient en fonction de la façon dont les noyaux atomiques de l'échantillon interagissent avec un champ magnétique puissant. Avec le spectromètre RMN à polarisation nucléaire dynamique (DNP-NMR) du laboratoire Ames, qui est particulièrement adapté à la recherche en chimie des matériaux, les micro-ondes sont utilisées pour polariser les électrons, qui excitent ensuite les noyaux de l'échantillon analysé. Associé à des techniques expérimentales innovantes, ce qui en résulte est une lecture très sensible de l'échantillon, ordres de grandeur plus rapidement que les méthodes RMN traditionnelles.

"La RMN à l'état solide classique peut, en principe, élucider la structure des matériaux avec une précision à l'échelle atomique. Cependant, Le manque fondamental de sensibilité de la RMN remet souvent en cause ses applications aux surfaces et aux interfaces, et c'est là que la catalyse se produit réellement, " a déclaré Marek Pruski, Scientifique principal du Laboratoire Ames et chercheur principal de l'équipe de recherche. "C'est là qu'intervient la DNP-NMR. Avec son signal amélioré, il fournit un outil analytique unique pour déterminer les différences apparemment infimes dans la structure des matériaux qui déterminent souvent leurs performances."

La découverte fait partie d'un champ de recherche plus large, utilisant un isotope de l'oxygène difficile à mesurer, ¹⁷ , pour analyser des matériaux avec DNP-RMN.

"C'est le seul isotope de l'oxygène mesurable par RMN, mais malheureusement son abondance naturelle est prohibitivement faible, " a déclaré Frédéric Perras, stagiaire postdoctoral. « Cela signifiait enrichir vos échantillons avec des ¹⁷ Les isotopes O, ce qui est parfois très difficile, était obligatoire. La DNP-RMN offre une nouvelle voie pour faire ¹⁷ O RMN, sans enrichissement en isotopes."

« Cette capacité ouvre de nouvelles portes pour la communauté de recherche en catalyse, " dit Igor Ralentissement, un scientifique étudiant la catalyse hétérogène et interfaciale au laboratoire Ames. « Si nous pouvons voir les sites actifs des catalyseurs à ce niveau de détail, nous pouvons commencer à vraiment comprendre comment ils fonctionnent et ensuite les améliorer. Cela pourrait avoir un impact significatif sur de nombreuses industries. »

La recherche est discutée plus en détail dans le document, "Abondance Naturelle ¹⁷ O DNP SENS fournit ¹⁷ Distances O-1H avec précision sub-picométrique et informations sur l'acidité de Brønsted, " écrit par Frédéric Perras, Zhuoran Wang, Pranjali Naik, Igor I. Ralentissement, et Marek Pruski; et publié dans Angewandte Chemie .