Large 31P-NMR enhancements in liquid state dynamic nuclear polarization through radical/target molecule non-covalent interaction

文献情報

出版日 2022-12-13
DOI 10.1039/D2CP04092A
インパクトファクター 3.676
著者

Tomas Orlando


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要旨

Dynamic nuclear polarization (DNP) is a method to enhance the low sensitivity of nuclear magnetic resonance (NMR) via spin polarization transfer from electron spins to nuclear spins. In the liquid state, this process is mediated by fast modulations of the electron-nuclear hyperfine coupling and its efficiency depends strongly on the applied magnetic field. A peculiar case study is triphenylphosphine (PPh3) dissolved in benzene and doped with BDPA radical because it gives 31P-NMR signal enhancements of two orders of magnitude up to a magnetic field of 14.1 T. Here we show that the large 31P enhancements of BDPA/PPh3 in benzene at 1.2 T (i) decrease when the moieties are dissolved in other organic solvents, (ii) are strongly reduced when using a nitroxide radical, and (iii) vanish with pentavalent 31P triphenylphosphine oxide. Those experimental observations are rationalized with numerical calculations based on density functional theory that show the tendency of BDPA and PPh3 to form a weak complex via non-covalent interaction that leads to large hyperfine couplings to 31P (ΔAiso ≥ 13 MHz). This mechanism is hampered in other investigated systems. The case study of 31P-DNP in PPh3 is an important example that extends the current understanding of DNP in the liquids state: non-covalent interactions between radical and target can be particularly effective to obtain large NMR signal enhancements.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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