沸石分子筛因其规则的孔道结构、可调变的酸性（酸量、酸强度、酸种类、酸分布等），而被广泛应用于石油化工与精细化工领域。水在分子筛的催化反应过程中扮演了多重角色，既是溶剂、反应物、产物，也可作为反应促进剂，同时还能通过改变分子筛酸性位点的电子环境与配位状态来影响其催化性能。作为主要的Lewis酸物种，分子筛中普遍存在的“NMR不可观测”铝物种（包括三配位骨架以及非骨架铝），其与水的作用机制尚未明确，导致其对催化反应的贡献常常被忽略。

针对上述科学问题，于吉红教授研究团队联合中国科学院精密测量科学与技术创新研究院徐君团队通过多核固体NMR结合理论计算，深入探究了脱水USY分子筛中“NMR不可观测”铝物种与水的相互作用以及转变过程。首先，利用一维²⁷Al MAS NMR分析了不同含水量下的脱水USY分子筛中铝物种的转变过程，发现水极易在“NMR不可观测”铝上发生解离吸附，进而转变为“NMR可观测”铝物种（四配位、五配位和六配位铝），并产生大量Brønsted酸位。进一步，利用二维¹H-¹H DQ-SQ NMR结合丙酮吸附的¹³C NMR实验，揭示了新生成的Brønsted酸质子和Al–OH空间邻近而导致的Brønsted/Lewis协同酸位，这能够显著提升其在二乙醚制乙烯反应中的催化活性。该工作揭示了USY分子筛中“NMR不可观测”铝物种与水作用引起酸性质转变的关键作用，阐明了一种由水驱动修饰分子筛酸性位点的调控机理，为设计耐湿性催化材料提供了新思路。

上述成果以“Observation of Water-Induced Synergistic Acidic Site from NMR-Invisible Al in Zeolite via Solid-State NMR Spectroscopy”为题发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.2025. DOI:10.1021/jacs.5c01756）。吉林大学、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院联合培养博士研究生王星星为第一作者，吉林大学于吉红教授、中国科学院精密测量科学与技术创新研究院徐君研究员为共同通讯作者。

图1.水在“NMR不可观测”铝物种上解离吸附示意图

论文链接：//doi.org/10.1021/jacs.5c01756