Dynamic Nuclear Polarization-verstärkte Festkörper-NMR Spektroskopie bei sehr hohen Feldern und schneller MAS Rotation

• Antragstellerin: Dr. Dorothea Wisser
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 362536103

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich die Magic Angle Spinning (MAS) Festkörper-NMR Spektroskopie zu einem Grundpfeiler für die strukturelle Charakterisierung sowohl von organischen Substanzen als auch anorganischen und Hybridmaterialien entwickelt. Die wesentliche Schwäche der NMR Spektroskopie ist jedoch ihre intrinsisch geringe Empfindlichkeit, die viele Anwendungen auf den interessantesten Gebieten der Materialwissenschaft erschwert. Die Dynamic Nuclear Polarization (DNP) hat sich zum erfolgversprechendsten Ansatz entwickelt, um die Empfindlichkeitsproblematik der NMR zu überwinden. In einem DNP Experiment wird die hohe Polarisierung ungepaarter Elektronen durch Mikrowelleneinstrahlung auf benachbarte Kernspins übertragen. Zu diesem Zweck wurde eine Anzahl stabiler Radikale als Polarisationsquellen entwickelt, die heute Signalverstärkungen um zwei Größenordnungen bei Magnetfeldern von 5 bis 9,4 T ermöglichen. Die am häufigsten genutzten Polarisationsquellen, auf dem Cross Effect Mechanismus basierende Binitroxide, weisen jedoch eine ungünstige Abhängigkeit vom externen Magnetfeld und drastische Verringerung der Signalverstärkung bei hohen Feldern auf. Bei hohen MAS Frequenzen wird ihre Effizienz zudem aufgrund von Depolarisationsprozessen vermindert und dadurch die tatsächliche Empfindlichkeit des Experiments verringert. Diese Hürden zu überwinden würde die Anwendungsmöglichkeiten der DNP NMR erheblich ausweiten. Dieses Projekt beinhaltet die Entwicklung neuer Ansätze für DNP NMR Spektroskopie bei hohen Magnetfeldern und schneller MAS Rotation für die strukturelle Charakterisierung anspruchsvoller Materialien. Zunächst werden eine Reihe gemischter Biradikale als neuartige Polarisationsquellen für den Cross Effect Mechanismus untersucht, die sich bei hohen Feldern als leistungsfähiger als bestehende Binitroxid-Radikale erweisen sollen. In einer zweiten Etappe werden neue Formulierungen für den Overhauser Effect Mechanismus entwickelt, dafür werden verschiedene Derivate des BDPA untersucht sowie die glasbildende Matrix optimiert. Zuletzt werden neue DNP Festkörper-NMR Methoden bei hohen Feldern und schneller MAS Rotation entwickelt und auf die Untersuchung von geträgerten organometallischen Katalysatoren angewendet. Das Ziel ist die strukturelle Charakterisierung von heterogenen Katalysatoren für die Alkenmetathese auf Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Trägern und ein besseres Verständnis der Rolle der Oxidoberfläche für die katalytische Aktivität des Komplexes. Von diesem Projekt werden signifikante Fortschritte im Bereich der DNP MAS NMR erwartet, sowohl durch die Entwicklung neuer, auf hohe Magnetfelder angepasste Polarisationsquellen und Probenformulierungen, als auch durch die Einführung von modernen Pulssequenzen unter DNP Bedingungen. Zudem soll das Projekt neue Einblicke in die Wirkungsweise von heterogenen Katalysatoren und den aktivierenden Einfluss ihrer Oxidträgermaterialien geben.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeberin: Privatdozentin Anne Lesage, Ph.D.