近日，我课题组开发了一种名为“开窗SR4”（Windowed SR4, wSR4）的新型固体核磁共振（NMR）脉冲序列。该技术显著提升了中低速魔角旋转（MAS）条件下异核偶极相互作用的重耦效率与稳定性，为复杂固体材料（如沸石分子筛）的精准结构解析提供了强有力的新工具。
在现代固体核磁共振谱学中，魔角旋转技术能够平均掉核自旋相互作用的各向异性，从而获得高分辨谱图。然而，这些被平均掉的相互作用（如偶极耦合）本身蕴含了丰富的结构信息，包括原子间距、空间取向等。为了在魔角旋转条件下重新捕捉这些信息，需要设计特殊的射频脉冲序列进行“重耦”。其中，超循环R412序列（SR4）凭借其在快速魔角旋转（≥40 kHz）下的高效率和高稳定性，已成为异核偶极重耦的重要方法。然而，SR4在中低速魔角旋转条件（<35 kHz）下性能会大幅下降，这限制了其在大尺寸转子以及原位体系研究等实际场景中的应用。
针对这一关键瓶颈，研究团队对经典SR4序列的重耦机制进行了系统分析并加以改进，开发了wSR4技术。其核心创新在于打断SR4序列原本连续的π脉冲，策略性地插入了可调节的“窗口”延迟。这一设计带来了两个关键优势：其一，其允许各重耦π脉冲的持续时间和射频场强度在更宽范围内灵活调节，简化了实验参数优化流程；其二，该“开窗”设计能针对性地增强异核偶极相互作用（如1H-13C/27Al、13C-15N耦合）的重耦效率，同时有效抑制同核偶极耦合（如1H-1H、13C-13C耦合）等干扰作用。理论分析与数值模拟均表明，wSR4在多种魔角旋转速率下，尤其是中低速条件下，均表现出比传统SR4更优异的性能。
团队通过两类代表性实验验证了wSR4的实用价值。首先，在13C, 15N富集的三肽模型化合物上进行的核间距测量实验表明，wSR4能有效抑制13C-13C同核耦合的干扰，获得更准确的13C -15N偶极耦合常数，从而计算出更精确的核间距离。其次，在更具挑战性的SAPO分子筛原位NMR研究中，wSR4的优势尤为突出。在原位实验魔角旋转（6 kHz）条件下，使用基于wSR4的27Al-1H异核多量子相关（D-HMQC）实验，成功获得了高信噪比的二维相关谱，清晰区分了四配位与六配位27Al位点与不同种类1H物种的关联信号。相比之下，在使用传统SR4序列时，信号微弱且难以观测。更重要的是，wSR4的高效性使得在15分钟内快速获取可用于样品性质分析的二维谱图成为可能，这为实时监测化学反应过程（如分子筛结晶）的结构演变提供了关键技术支持。
相关成果以“Windowed Symmetry Pulses for Enhanced Heteronuclear Dipolar Recoupling in Solid-State MAS NMR”为题发表在《精准化学》（Precision Chemistry）期刊上。该论文第一作者是我组博士研究生顾皓。上述工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、大连市科技人才创新计划、大连化物所创新基金等项目的资助。（文/图 顾皓）
文章链接：https://doi.org/10.1021/prechem.5c00364
