Uma nova aplicação importante da tecnologia de NMR de Polarização Nuclear Dinâmica no Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA levou à capacidade de examinar a estrutura química de catalisadores com uma resolução espacial inferior a um picômetro, ou um trilionésimo de metro. Essa capacidade permite que os cientistas entendam melhor, e projetar catalisadores mais eficazes para a produção de combustíveis e produtos químicos de alto valor

Neste estudo, pesquisadores foram capazes de medir o comprimento das ligações O-H em estruturas de superfícies catalíticas, e correlacionar esses comprimentos de ligação com a acidez relativa do material.

Na tecnologia convencional de Ressonância Magnética Nuclear (NMR), os pesquisadores podem adquirir informações físicas e químicas sobre os materiais que estão investigando com base na maneira como os núcleos atômicos da amostra interagem com um campo magnético forte. Com o espectrômetro de NMR de Polarização Nuclear Dinâmica (DNP-NMR) do Ames Laboratory, que é exclusivamente adequado para pesquisa de química de materiais, microondas são usadas para polarizar os elétrons, que posteriormente excitam os núcleos da amostra que está sendo analisada. Combinado com técnicas experimentais inovadoras, o que resulta é uma leitura altamente sensível da amostra, ordens de magnitude mais rápido do que os métodos tradicionais de NMR.

"NMR de estado sólido convencional pode, em princípio, elucidar a estrutura dos materiais com precisão em escala atômica. Contudo, A fundamental falta de sensibilidade do NMR muitas vezes desafia suas aplicações a superfícies e interfaces, e é aí que a catálise realmente acontece, "disse Marek Pruski, Cientista sênior do Laboratório Ames e investigador principal da equipe de pesquisa. "É aqui que entra o DNP-NMR. Com seu sinal aprimorado, ele fornece uma ferramenta analítica única para determinar as diferenças aparentemente mínimas na estrutura dos materiais que freqüentemente determinam seu desempenho. "

A descoberta faz parte de um escopo maior de pesquisa, usando um isótopo de oxigênio difícil de medir, ¹⁷ O, para analisar materiais com DNP-NMR.

"É o único isótopo de oxigênio mensurável por NMR, mas, infelizmente, sua abundância natural é proibitivamente baixa, "disse Frédéric Perras, pós-doutorado. "Isso significava enriquecer suas amostras com caras ¹⁷ O isótopos - que às vezes é muito difícil - era obrigatório. DNP-NMR fornece um novo caminho para fazer ¹⁷ O NMR, sem enriquecimento de isótopos. "

"Essa habilidade está abrindo novas portas para a comunidade de pesquisa de catálise, "disse Igor desacelerando, um cientista que estuda catálise heterogênea e interfacial no Laboratório Ames. "Se pudermos ver os locais ativos de catalisadores neste nível de detalhe, podemos começar a realmente entender como eles funcionam e, então, melhorá-los. Isso pode ter um impacto significativo em muitas indústrias. "

A pesquisa é discutida mais detalhadamente no artigo, "Abundância Natural ¹⁷ O DNP SENS fornece ¹⁷ Distâncias O-1H com precisão do subpicômetro e percepções da acidez de Brønsted, "de autoria de Frédéric Perras, Zhuoran Wang, Pranjali Naik, Igor I. Retardando, e Marek Pruski; e publicado em Angewandte Chemie .