作者:索尼娅·费尔南德斯，加州大学圣巴巴拉分校 信用:Pixabay/CC0公共域 核磁共振在20世纪中叶首次被广泛应用，此后它成为一种不可或缺的技术，可以检查物质的原子，揭示分子结构和其他细节，而不会干扰物质本身
加州大学圣巴巴拉分校化学教授韩松吉说:“这是一种广泛应用于化学分析、材料表征和核磁共振成像的技术，在这种情况下，你可以进行非侵入性分析，但需要原子和分子细节。”
通过将样品置于强磁场中，然后用无线电波探测，科学家可以从材料原子中振荡原子核的响应来确定材料的分子结构
“然而，核磁共振的问题是，因为它是一种低能量的技术，所以不是很敏感，”韩说
“很详细，但你没得到多少信号
“因此，相对于其他技术而言，可能需要大量的样品材料，而信号的普遍弱点使得核磁共振在研究复杂的化学过程时不够理想
解决这种情况的一种方法是动态核极化(DNP)，这是一种流行的技术，通过从附近的电子“借用”能量来增强原子核发出的信号
“电子的能量比原子核高得多，”韩解释说
内置于特别设计的“自由基”分子中，这些不成对电子的极化被转移到原子核中以改善它们的信号
尽管在过去十年中成为热门话题，但韩认为我们还只是触及表面
韩说:“尽管从根本上改变了核磁共振的面貌，但最终只使用了少数设计师设计的偏光剂。”
“一种极化剂已经被用来极化氢原子核，但DNP的力量比这更大
原则上，电子自旋的许多其他来源可以极化许多其他类型的核自旋
" 在《化学》杂志上发表的一篇论文中，韩和他的同事利用过渡金属钒首次演示了动态核极化，从而突破了核磁共振的界限
根据韩的说法，他们的新方法——被称为“超精细光谱学”——提供了对过渡金属周围典型的模糊局部化学的一瞥，过渡金属对于催化和还原-氧化反应等过程是重要的
“现在我们也许可以利用催化剂和许多其他重要材料中存在的内源性金属，”韩说，而不必添加极化剂——那些自由基分子——来产生更强的核磁共振信号
韩解释说，钒和铜等过渡金属的讽刺之处在于，这些原子往往是功能中心——重要化学反应发生的地方
“那些确切的行动中心和功能中心很难分析(用核磁共振)，因为它们往往变得不可见，”她说
她解释说，过渡金属中的电子自旋往往会缩短核磁共振信号的寿命，使它们在被检测到之前消失
韩说，这不是第一次观察到过渡金属周围的化学物质，他指的是研究钆和锰周围的化学环境
但是这些研究中使用的商业仪器提供了“一个非常狭隘的视角”
" “但是对于化学来说，有更多更重要的金属，”她说
“因此，我们开发并优化了仪器，将频率范围从非常窄的商业仪器范围扩大到更宽的范围
" 通过他们的超精细DNP光谱学，研究人员还发现，信号确实在金属周围的某个被称为自旋扩散势垒的区域内消失了，但是如果原子核位于该区域之外，信号就变得可见了
“有很多方法可以改善这种环境，但是你需要知道怎么做和为什么，”韩说，并补充说，该论文的合著者，加州大学圣巴巴拉分校的舒达·库马尔·贾恩和西北大学的于忠瑞将在他们的学术和研究生涯中继续探索和应用这种新方法
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