獲獎項目簡介
2025年中國分析測試科學(xué)獎二等獎：核磁共振技術(shù)在含碳資源轉(zhuǎn)化研究中的應(yīng)用
完成單位：中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所、太原理工大學(xué)
完成人：喬巖，王英雄，趙奇，董文博，趙建成，郭朝暉，劉鵬飛，郭曉櫻，馬慧，侯相林
成果簡介：液體燃料和精細化學(xué)品是國家和社會必需的戰(zhàn)略性物資，其生產(chǎn)主要依賴于煤、石油、生物質(zhì)等含碳資源的高效轉(zhuǎn)化，但此類過程存在反應(yīng)體系組分多樣、反應(yīng)過程復(fù)雜、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相似指認困難等關(guān)鍵科學(xué)問題和技術(shù)難點，制約了該領(lǐng)域的發(fā)展。本項目基于核磁共振技術(shù)（NMR）的高分辨、多維度、非破壞特性，通過純化學(xué)位移譜、選擇性激發(fā)全相關(guān)譜、擴散排序譜及組合NMR方法，解析了煤炭間接液化產(chǎn)生的費托反應(yīng)生成水組成、識別了決定汽油辛烷值的14種異構(gòu)體混合物組成、指認了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物中結(jié)構(gòu)相似化合物的譜圖信號。研究成果表明可通過“分離譜峰、不分離樣品”NMR策略高效解析復(fù)雜混合物體系，從原子層面解答了含碳資源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域普遍關(guān)注的科學(xué)問題，為復(fù)雜混合物體系解析/研究提供了新方法。項目成果支撐地方科技企業(yè)發(fā)展，已簽訂科技類合同/協(xié)議5份。項目組成員獲批國家自然科學(xué)基金2項，參與國家重點研發(fā)計劃課題1項，培養(yǎng)研究生12名，在Green Chemistry、Green Energy & Environment等期刊上發(fā)表論文10篇。
創(chuàng)新點及科學(xué)價值：通過對含碳資源煤、石油、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的催化反應(yīng)過程研究、復(fù)雜混合物體系解析，本項目全面驗證了“分離譜峰、不分離樣品”策略。應(yīng)用TSE-PSYCHE和CSSF TOCSY NMR技術(shù)，實現(xiàn)了對C8烷烴異構(gòu)體混合物的定性和定量分析，與傳統(tǒng)的氣相色譜法相比，本項目所用的NMR譜學(xué)方法不僅能夠提供分子結(jié)構(gòu)信息，還具有非破壞性分析的優(yōu)勢，可無需樣品預(yù)處理直接分析復(fù)雜混合物，保持樣品真實性。CSSF TOCSY技術(shù)可達4 Hz精度的選擇帶寬，有效分離了C8烷烴異構(gòu)體混合物中的各組分。定量分析方面，對2,2,4-三甲基戊烷分析的檢測限（LOD）達到0.6 mM，定量限（LOQ）為1.2 mM。本項目拓展了費托反應(yīng)生成水的檢測方法，所用的CSSF-TOCSY比常規(guī)氣相色譜法多檢出乙醚和3-戊酮。
社會經(jīng)濟效益：本項目獲批授權(quán)國家發(fā)明專利7項、獲得計算機軟件著作權(quán)2件。山西綠源碳索科技有限公司、山西凱米科技有限公司等高科技企業(yè)與本項目相關(guān)單位簽署科技服務(wù)合同。
應(yīng)用前景：所建立的方法具有顯著普適性，已用于山西凱米科技有限公司開展的“煤基乙二醇選擇性脫氫制乙醇酸研究”，樣品無需物理分離、保持樣品真實狀態(tài)情況下，成功識別樣品中所含的甲酸、甲醇、乙醇、酯類物質(zhì)等多種反應(yīng)中間產(chǎn)物，據(jù)此推測了反應(yīng)機理路線，通過反應(yīng)工藝優(yōu)化，使目標產(chǎn)物乙醇酸收率大幅提高，目前正在協(xié)商簽署下一期合作協(xié)議。
