这篇文档属于类型b，是一篇发表在*Nanoscale Advances*上的综述文章（minireview），由德国杜伊斯堡-埃森大学的Natalie Wolff、Christine Beuck、Torsten Schaller和Matthias Epple*（通讯作者）合作完成，于2024年5月24日在线发表。文章题为《Possibilities and limitations of solution-state NMR spectroscopy to analyze the ligand shell of ultrasmall metal nanoparticles》，聚焦超小金属纳米颗粒（ultrasmall nanoparticles, 1–3 nm）配体壳层的核磁共振（NMR）表征技术，系统总结了其应用潜力与局限性，并结合团队研究成果提供了典型案例分析。
超小纳米颗粒（1–3 nm）处于纳米颗粒与大分子的交界尺度，其金属核心通常由硫或磷配体（如硫醇、膦）包裹。与传统大尺寸纳米颗粒相比，超小颗粒的NMR信号畸变较小，使得溶液态NMR能够定性甚至定量分析配体壳层结构。作者指出，电子显微镜等技术虽可解析核心结构，但配体壳层分析需依赖NMR，尤其是同位素标记和二维NMR技术的结合可揭示配体-纳米颗粒相互作用细节。例如，通过¹³C标记半胱氨酸（cysteine）的β-碳（靠近硫醇结合位点），可观察到配体在金属表面的三种不同化学环境（对应不同晶体面结合），这一发现通过¹H-¹³C HSQC和¹³C-¹³C INADEQUATE实验得到验证（图2）。
随着纳米颗粒尺寸增大（>3 nm），NMR信号显著展宽甚至消失，主要归因于：（1）金属核心电子结构导致的顺磁位移增强；（2）配体流动性降低及表面异质性增加；（3）自旋-自旋弛豫（T₂弛豫）加剧。例如，10 nm等离子体金纳米颗粒的配体信号完全无法检测（图3）。固态NMR虽可用于干燥样品，但需大量材料且无法反映溶液态真实情况。相比之下，超小颗粒因尺寸接近分子簇，其NMR分辨率显著提高，如Au₂₅(SR)₁₈和Au₁₀₂(pMBA)₄₄等原子精确簇的NMR谱图可区分多达22种配体位点。
作者强调，结合¹H（高灵敏度）和¹³C（宽化学位移范围）的二维NMR技术（如HSQC、HMBC、COSY）可突破一维谱图的分辨率限制。例如，谷胱甘肽（glutathione, GSH）修饰的金纳米颗粒中，半胱氨酸β-亚甲基（C3/H3）在¹H-¹³C HSQC谱中显示多个信号（图4），表明配体在表面存在不同结合构型。此外，选择性同位素标记（如¹³C、¹⁵N）能显著提升信噪比，而快速采集方法（SOFAST-HMQC、BEST-HSQC）和弛豫优化技术（TROSY）可缩短实验时间或增强大分子体系信号。
通过DOSY实验测定流体力学半径（rₕ）是NMR的独特优势。例如，肽修饰的金纳米颗粒（Au-CGGPTPA）的DOSY数据显示其rₕ为4.4–5.4 nm，与电镜测得的2 nm核心直径结合，可推算每个颗粒携带约150个配体。相比动态光散射（DLS）或离心沉降，DOSY直接反映溶液态颗粒尺寸且包含配体壳层信息。但需注意梯度校准、温度控制及信号衰减优化（如使用oneshot45序列避免J调制干扰）。
定量¹H NMR（以马来酸为内标或ERETIC法）可测定配体数量，结合元素分析计算分子占据面积（footprint）。超小颗粒的配体密度通常高于平面金属表面（如Au₂₅₀GSH₁₅₀的footprint为0.1 nm²/配体，而平面金为0.22 nm²）。此外，NMR能追踪表面化学反应，如通过点击化学将荧光染料Sulfo-Cy5-炔烃连接到叠氮化GSH纳米颗粒上（图6），尽管芳香质子信号因展宽难以归属，但炔烃质子（2.93 ppm）与三唑质子（8.44 ppm）的化学位移变化证实了反应成功。
本文系统阐述了溶液态NMR在超小金属纳米颗粒表征中的方法论框架，其科学价值体现在：
1. 技术指导性：为纳米颗粒表面化学研究提供了可复用的NMR方案，如同位素标记策略、二维谱图解析流程及DOSY实验优化要点。
2. 交叉应用潜力：揭示的配体-核心相互作用机制可指导生物医学应用（如靶向药物递送）和催化设计（如配体调控活性位点）。
3. 局限性界定：明确NMR适用的尺寸范围（ nm）及金属依赖性（铂系纳米颗粒信号展宽更显著），避免技术误用。
该综述为纳米化学与核磁共振领域的交叉研究提供了重要参考，尤其对从事纳米材料表面功能化研究的学者具有方法论指导意义。