图1. 铝物种的定量研究

本工作中，作者首先通过高场²⁷Al NMR定量研究了γ-Al₂O₃和Al₂O₃-NS的铝物种分布，阐明了铝物种在脱水前以及不同温度脱水前后的动态转变过程：即五配位铝可以由六配位铝脱水或四配位铝水合形成。尽管γ-Al₂O₃中五配位铝 (35 ppm)含量的变化并不明显，但脱水前后谱峰线型的变化说明在不同脱水状态下的五配位Al是不同的。

图2. 超高场 (35.2T) ²⁷Al-²⁷Al DQ NMR揭示Al-O-Al连接方式

超高场²⁷Al NMR可显著提高²⁷Al核的检测灵敏度和分辨率。为了进一步观察γ-Al₂O₃和Al₂O₃-NS中不同配位状态铝之间的Al-O-Al连接方式，作者通过超高场 (35.2 T)²⁷Al-²⁷AlDQ双量子实验进行了对比研究，该技术可直接获取Al-O-Al之间的连接信息。对比Al₂O₃-NS (图2b, d)，尽管γ-Al₂O₃中五配位仅占总铝含量的3%左右(图2a)，但在²⁷Al-²⁷Al DQ谱图 (图2c) 中却显示出强烈的自相关信号 (V, V)。该结果表明，存在于γ-Al₂O₃表面的五配位铝之间相比于体相铝具有更近的空间距离。同时，γ-Al₂O₃中五配位铝与Al₂O₃-NS显示出相同的特性 (图2中以红色突出显示)。

图3. 提出五配位铝模型

此外，作者对于五配位铝的形成和转化过程进行了分析和讨论 (图3)。对于γ-Al₂O₃和Al₂O₃-NS，应该存在两种五配位铝：1) 四配位铝吸附水后形成五配位铝；2) 通过脱除羟基，六配位铝脱水形成五配位铝。环境条件下暴露的氧化铝中五配位铝主要来源于四配位铝的水合，具有高度对称性。而脱水后的五配位铝主要由六配位铝去除羟基后形成，具有较强的四极相互作用。该模型也解释了γ-Al₂O₃ 脱水后五配位铝信号增宽的实验现象。

总结与展望

通讯作者信息

侯广进，中科院大连化物所研究员，博士生导师，长期从事固体核磁共振技术发展及其应用的研究工作，截止目前已在Science, Nat. Catal., Chem. Rev., PNAS, JACS等期刊上发表论文百余篇，现担任Journal of Magnetic Resonance, Solid State Nuclear Magnetic Resonance, Magnetic Resonance Letters,《波谱学杂志》，《物理化学学报》等期刊编委。侯广进研究员课题组目前主要研究方向包括：1）先进核磁共振谱学技术的开发；2）纳米多功能催化剂结构及活化机制；3）碳资源小分子催化转化反应的机理研究；4）能源储存材料的结构及电化学机制；5）分子筛催化剂活性位及相关反应机理研究等。

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