我室固体核磁共振及前沿应用研究组（524组）侯广进研究员团队开发了高效灵敏度增强固体核磁脉冲技术，命名为DEER-INEPT（Dipolar-echo Edited R-symmetry sequence Insensitive Nuclear Enhancement by Polarization Transfer）。该技术通过高效1H→X极化转移，实现了对X=17O、27Al、31P、71Ga等核的高灵敏检测，并应用于1H-X二维相关谱的高效采样及1H-X核间距精准测量。相比于现有方法，DEER-INEPT可将检测灵敏度提高2.6至16.3倍，相应的可节省6.8至266倍的实验时间。
核磁共振对局域化学环境高度敏感，是重要的材料表征手段。但核自旋能级裂分小，跃迁吸收能量弱；且在固体中，被晶格束缚的原子核会出现强烈谱线展宽，降低信号强度。这两种因素共同导致固体核磁共振目前仍受到低探测灵敏度的限制。更重要的是，在元素周期表中，约有75%的元素具有核自旋>1/2的核素（即“四极核”）。这些四极核，如10B、17O、27Al、31P、47Ti、65Zn、71Ga等，在各类材料中广泛存在，且其核磁低灵敏度通常较低。因此，发展四极核灵敏度增强技术，对提高固体核磁共振的探测能力具有重要意义。
本工作中，侯广进团队创新地提出偶极回波（Dipolar-Echo）概念，并发展出了新的极化转移脉冲序列DEER-INEPT。该方法可将原子核在磁场中的极化，传递给空间临近的其他种类原子核（即“异核极化转移”）。相比现有方法，DEER-INEPT在复杂实验条件及样品结构中表现出了高稳定性及效率。在一系列富含氢元素样品体系的1H→X（X=17O、27Al、31P、71Ga）极化转移实验中，DEER-INEPT实现了高效的X谱灵敏度增强，与现有方法相比，检测灵敏度提升了2.6 至16.3倍，采样效率则相应提高了6.8 至266倍，实现了对17O、27Al、71Ga等四极核探测灵敏度的数量级提升。此外，DEER-INEPT还实现了高效的X→1H反式采样，高分辨1H-X二维谱采样，以及精准1H-X核间距测量。因此，该方法不仅实现了高效灵敏度增强，还可用于建立高效高分辨多维谱技术，并提取材料关键结构参数，提升了固体核磁对低灵敏度核的表征能力。
相关研究成果以“Highly Efficient Heteronuclear Polarization Transfer by Dipolar-Echo Edited R-Symmetry Sequences in Solid-State NMR”为题，发表在《化学科学》（Chemical Science）上。上述工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、研究所创新基金等项目的资助。（文/图 梁力鑫）
文章链接：https://doi.org/10.1039/D4SC07965E
