Development of deuterium NMR method of paramagnetic solids for accurate structural analysis
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23K04673
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
飯島 隆広 山形大学, 学士課程基盤教育院, 教授 (20402761)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 核磁気共鳴 / 固体 / 重水素 / 常磁性 / 固体NMR |
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| Outline of Research at the Start |
固体NMR分光法のなかでも重水素核（2H）の固体NMRは，固体物質・材料における分子の静的構造だけでなく動的構造（分子運動）を調べるための極めて有力な方法である。しかし，これまでの研究対象は反磁性化合物が圧倒的多数であり，常磁性化合物に対しては，不対電子の影響により測定及び解析が困難となることから，研究報告例は極僅かであり，得られる情報も限られていた。本研究では，高精度な構造解析を目指し，これまでの固体重水素NMR法を拡張・発展させる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体NMR分光法のなかでも重水素核（2H）の固体NMRは，固体物質・材料における分子の静的構造だけでなく動的構造（分子運動）を調べるための極めて有力な方法である。しかし，これまでの研究対象は反磁性化合物が圧倒的多数であり，常磁性化合物に対しては，不対電子の影響により測定及び解析が困難となることから，研究報告例は極僅かであり，得られる情報も限られていた。本研究では，高精度な構造解析を目指し，これまでの固体重水素NMR法を拡張・発展させる。
本年度は，新規なラジオ波パルス列の照射による二面体角決定法の開発に取り組んだ。具体的にはパルス列の設計を検討した。重水素核のNMRの特徴として，核四極相互作用が大きいために（コヒーレントな）磁化の減衰が速い点やラジオ波パルスによる制御が困難という点がある。そこで，パルス列の設計指針を以下のようにした。（I）パルスの数は可能な限り少なくする。（II）各パルスは高強度にする。（III）13Cと2Hの間で多量子コヒーレンスを生成する。（IV）間接次元の中間地点で13Cと2Hに180゜パルスを照射し，コヒーレンスのロスなしで常磁性の効果を除去する。（V）1Hはデカップリングして13Cと2Hの磁化の時間発展に影響を与えないようにする。これらを満たすパルス列を考案し，数値解析のためのプログラム開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の本年は，新規なラジオ波パルス列の照射による二面体角決定法の開発に着手した。具体的にはパルス列の設計を検討した。重水素核のNMRの特徴として，核四極相互作用が大きいために（コヒーレントな）磁化の減衰が速い点やラジオ波パルスによる制御が困難という点がある。そこで，パルス列の設計指針を以下のようにした。（I）パルスの数は可能な限り少なくする。（II）各パルスは高強度にする。（III）13Cと2Hの間で多量子コヒーレンスを生成する。（IV）間接次元の中間地点で13Cと2Hに180゜パルスを照射し，コヒーレンスのロスなしで常磁性の効果を除去する。（V）1Hはデカップリングして13Cと2Hの磁化の時間発展に影響を与えないようにする。
これらを満たすパルス列として，1Hから13Cへの交差分極の後，13Cの信号取り込みまでの中間地点で180°パルスを照射するものを考案した。同じタイミングで，2Hにも180°パルスを照射する。また，180°パルスの前後t1/2のタイミングで2Hへ90°パルスを照射し，その時間発展をt1軸とする。1Hは，交差分極後は，信号取り込み完了までデカップリングを続ける。これにより，間接軸は2Hの核四極相互作用，直接軸は13Cの化学シフト異方性のみの効果によって磁化が時間推進する。本パルス列により所望の結果が得られるかを確かめるため，数値計算用のプログラム開発を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
二面体角決定法について，数値計算シミュレーションにより有効性を確かめていく。パルス条件が決まったら，NMRシステムに組み込む。重水素化したNd(CD3CO2)3・1.5H2Oなどのサンプルを調製し，パルス条件を最適化して所望のスペクトルを得たい。
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Report
(1 results)
Research Products
(3 results)
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[Presentation] Different Local Structures of Mo and Nb Polyhedra in the Oxide-Ion-Conducting Oxide Ba3MoNbO8.5 Revealed by Sold-State NMR Measurements2023
Author(s)
Masataka Tansho, Atsushi Goto, Shinobu Ohki, Yuuki Mogami, Yuichi Sakuda, Yuta Yasui, Taito Murakami, Kotaro Fujii, Takahiro Iijima, and Masatomo Yashima
Organizer
EUROMAR2023, Glasgow
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Int'l Joint Research
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