Angew. Chem. ：基于动态核极化增强固态核磁共振灵敏度的极化剂的系统性评估

固态核磁共振(solid-state Nuclear Magnetic Resonance, ssNMR)因其对原子结构变化的高度敏感性，是分析固体化学组成、三维结构和动态行为的有力工具。然而，由于原子核自旋极化的低磁能，核磁共振的较低检测灵敏度成为限制其更广泛应用的关键瓶颈。为了克服这一局限性，动态核极化(Dynamic Nuclear Polarization, DNP)技术通过转移高度极化的电子自旋到邻近的核自旋，从而显著增强固态核磁共振信号强度。随着核磁谱仪硬件及实验技术的发展，包括新的微波源、快速魔角旋转（MAS）探头，极低温技术以及创新极化剂，目前动态核极化技术已成功推进了固态核磁共振在电池材料、光伏器件、纳米颗粒、建筑材料、蛋白质结构和药物制剂等众多领域的全新应用。

因此，提升动态核极化效率成为近年来一项多学科交叉研究热点。值得注意的是，在过去的二十年中，大量新型极化剂被引入。研究者们不断探索影响动态核极化效率的关键因素，并以此推动极化剂性能的持续优化。与此同时，研究表明，整体动态核极化效率不仅取决于增强因子，还受到极化建立时间、顺磁猝灭程度以及去极化效应等多重因素的综合影响。为了梳理这片“丛林”般的极化剂领域，本文系统评估了32种先进极化剂，包括26种氮氧双自由基和6种异质双自由基，其中11种为新合成极化剂。值得注意的是，这是首次在21.1 T、14.1 T和9.4 T三种磁场强度下系统比较这两类双自由基的动态核极化性能。

结果表明，在目前最高的魔角旋转动态核极化核磁共振磁场强度（21.1 T）下，异质极化剂的性能始终优于氮氧双自由基极化剂。其中，SNAPol-1和HyTEK2分别在甘油/水基质和有机溶剂中表现最佳。值得注意的是，得益于其较弱的去极化效应，二者在14.1 T和9.4 T磁场下仍保持优异的性能。此外，研究进一步证实了异质极化剂的另一显著优势，即其对微波功率的需求显著降低。这一特性对于仅能提供低功率微波源的实验条件尤其具有应用价值。同时，在目前最为普及的9.4 T磁场下，氮氧双自由基类极化剂依然表现优异。比如，新极化剂NaphPolCbo在有机溶剂中表现出最高的动态核极化效率。而在高质子浓度的甘油/水基质中，AsymPol-POKs 和 M-TinyPol 系列表现最佳。

总体而言，研究清晰地展现了异质极化剂的卓越性能和发展潜力。它们不仅在高磁场下表现出色，在中等磁场强度下也展现出良好性能。迄今为止，异质极化剂的发展仍远不及氮氧双自由基类极化剂。结合本研究成果，预计未来研究将更多聚焦于针对不同磁场强度下，开发新型高效、稳定且易溶的异质极化剂。

论文信息

Systematic Evaluation of Polarizing Agents for Dynamic Nuclear Polarization Enhanced NMR

Ran Wei, Gilles Casano, Yuxuan Zhang, Ivanska M. Gierbolini-Colón, Yu Rao, Shubha S. Gunaga, Faith J. Scott, Jiaxin Zhou, Satyaki Chatterjee, Sanyog Kumari, Hakim Karoui, Mang Huang, Snorri Th. Sigurdsson, Gaël De Paëpe, Yangping Liu, Frédéric Mentink-Vigier, Amrit Venkatesh, Olivier Ouari, Lyndon Emsley

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202505944