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科學(xué)家開辟固-液界面質(zhì)子輸運研究新方法
作者：江慶齡    來源：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
山東拓普生物工程有限公司  http://www.jlkcpj.cn
中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員謝曉明、董慧、丁古巧合作，發(fā)展了一種極低場磁共振弛豫技術(shù)，可方便地集成光、電、熱、超聲等外場調(diào)控手段，為激發(fā)態(tài)下納米材料固-液界面質(zhì)子輸運行為研究提供了新的實驗工具。相關(guān)研究發(fā)表于《自然—通訊》，并作為編輯推薦亮點論文入選近期無機與物理化學(xué)領(lǐng)域50篇最具突破性和影響力論文之一。
微觀界面處的質(zhì)子（1H）輸運是研究液相環(huán)境中生物大分子（如蛋白質(zhì)）水動力學(xué)、電池質(zhì)子交換、催化機制等的基礎(chǔ)。開展基態(tài)和激發(fā)態(tài)下固-液界面質(zhì)子輸運特性的原位研究在生命、材料、能源、化學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義，但目前仍缺乏有效的技術(shù)手段。
研究團(tuán)隊自主開發(fā)了基于超導(dǎo)量子干涉器件（SQUID）的光場融合極低場磁共振系統(tǒng)，結(jié)合石墨烯量子點可控制備技術(shù)，以磁共振弛豫時間（T1）來反映納米材料界面處質(zhì)子的解離率及交換速率，在光激發(fā)條件下，實現(xiàn)了碳納米結(jié)構(gòu)界面質(zhì)子解離及交換過程的原位研究。
得益于極低場磁共振系統(tǒng)優(yōu)越的設(shè)備兼容性、對質(zhì)子動力學(xué)過程的敏感性，研究人員引入了波長、光強可調(diào)的激光，發(fā)現(xiàn)羥基化石墨烯量子點在光激發(fā)下易解離質(zhì)子。基于此，研究人員在室溫、常壓、近中性的水相環(huán)境中實現(xiàn)了光激發(fā)下石墨烯量子點與其他多尺寸分子的快速偶聯(lián)（時間縮短90%），并利用激發(fā)態(tài)石墨烯量子點表面超強酸，實現(xiàn)了經(jīng)典模型體系Friedel-Crafts烷基化反應(yīng)的高效催化。
董慧介紹，團(tuán)隊未來將繼續(xù)圍繞自研極低場磁共振裝置，開展多物理場調(diào)控下的界面質(zhì)子動力學(xué)過程研究，為化學(xué)、材料、生命科學(xué)等研究提供新的實驗測量手段。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-50982-x
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