2025年中國分析測試科學獎二等獎：核磁共振技術在含碳資源轉化研究中的應用
完成單位：中國科學院山西煤炭化學研究所、太原理工大學
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品是國家和社會必需的戰略性物資，其生產主要依賴于煤、石油、生物質等含碳資源的高效轉化，但此類過程存在反應體系組分多樣、反應過程復雜、產品結構相似指認困難等關鍵科學問題和技術難點，制約了該領域的發展。本項目基于核磁共振技術（NMR）的高分辨、多維度、非破壞特性，通過純化學位移譜、選擇性激發全相關譜、擴散排序譜及組合NMR方法，解析了煤炭間接液化產生的費托反應生成水組成、識別了決定汽油辛烷值的14種異構體混合物組成、指認了生物質轉化產物中結構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策略高效解析復雜混合物體系，從原子層面解答了含碳資源轉化領域普遍關注的科學問題，為復雜混合物體系解析/研究提供了新方法。項目成果支撐地方科技企業發展，已簽訂科技類合同/協議5份。項目組成員獲批國家自然科學基金2項，參與國家重點研發計劃課題1項，培養研究生12名，在Green Chemistry、Green Energy & Environment等期刊上發表論文10篇。
創新點及科學價值：通過對含碳資源煤、石油、生物質轉化中的催化反應過程研究、復雜混合物體系解析，本項目全面驗證了“分離譜峰、不分離樣品”策略。應用TSE-PSYCHE和CSSF TOCSY NMR技術，實現了對C8烷烴異構體混合物的定性和定量分析，與傳統的氣相色譜法相比，本項目所用的NMR譜學方法不僅能夠提供分子結構信息，還具有非破壞性分析的優勢，可無需樣品預處理直接分析復雜混合物，保持樣品真實性。CSSF TOCSY技術可達4 Hz精度的選擇帶寬，有效分離了C8烷烴異構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生成水的檢測方法，所用的CSSF-TOCSY比常規氣相色譜法多檢出乙醚和3-戊酮。
社會經濟效益：本項目獲批授權國家發明專利7項、獲得計算機軟件著作權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與本項目相關單位簽署科技服務合同。
應用前景：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、保持樣品真實狀態情況下，成功識別樣品中所含的甲酸、甲醇、乙醇、酯類物質等多種反應中間產物，據此推測了反應機理路線，通過反應工藝優化，使目標產物乙醇酸收率大幅提高，目前正在協商簽署下一期合作協議。
