物質學院科研人員研發出基于電子晶體學的手性確認新方法


                            我校物質學院助理教授馬延航吉利彩票网址、特聘教授Peter Oleynikov和電鏡中心主任Osamu Terasaki合作,研發出兩種基于電子晶體學的手性確認新方法,成功實現了對納米尺寸晶體的手性確認吉利彩票网址,相關成果于5月1日以“Electron crystallography for determining the handedness of a chiral zeolite nanocrystal”為題在國際頂尖期刊《Nature Materials》上在線發表。馬延航為第一作者吉利彩票网址,Peter Oleynikov和Osamu Terasaki為通訊作者,上杭势蓖??萍即髮W為第一單位吉利彩票网址。

                            如果一個物體的本身無法跟它的鏡像重合吉利彩票网址,我們就說這個物體具有“手性”(handness)吉利彩票网址。手性在自然界中廣泛存在,比如在生物界,人類的手、海螺的螺殼都具有明顯的手性特征。手性同樣存在于微觀世界中,許多分子都具有手性,非手性的分子通過相互作用也可以形成手性排列。

                            在晶體學中,手性結構是指具有手性空間群的結構吉利彩票网址,而單個晶體手性結構的確認一般是通過單晶X射線衍射來完成。由于吸收的存在,X射線與物質相互作用時會發生反常散射,造成弗里德爾衍射對(Friedel pair)的強度差異,而兩種手性結構產生的強度差異正好相反。因此,通過準確測量大量衍射對的強度,即可確定手性晶體的絕對結構(absolute structure)。然而,X射線法只適合尺寸大于5微米的單晶吉利彩票网址,對于顆粒較小或存在缺陷的材料則無法表征,因此在實際應用中存在很多限制??墒?吉利彩票网址,如果不能對手性結構進行表征吉利彩票网址,合成單一手性的材料以及實現材料的對映選擇性應用也就無從談起吉利彩票网址。

                            馬延航和他的合作者們經過努力吉利彩票网址,突破了上述研究難點,開發出兩種基于電子晶體學的手性確認新方法吉利彩票网址,成功實現了納米尺寸晶體的手性確認:第一種方法是在透射電鏡中利用晶體旋轉吉利彩票网址,沿著不同晶帶軸拍攝同一個晶體的高分辨圖像,通過對比旋轉前后圖像的變化,確定晶體的手性結構;第二種方法是利用旋進電子衍射吉利彩票网址,沿著特定帶軸收取系列旋進電子衍射花樣,通過比較高階勞厄區衍射點強度的差異,確定晶體的手性結構。

                            該項成果突破了使用單晶X射線衍射方法的限制,為手性結構的確認提供了新的研究手段和技術方法,在手性材料的研究中有著非常重要的科學意義和應用價值吉利彩票网址。

                            上述兩種方法提出之后,我??蒲腥藛T與加州理工學院教授Mark E. Davis課題組合作,將新方法運用在手性分子篩的結構確認上,確認了通過特定設計的模板劑可以合成出單一手性富集的納米分子篩吉利彩票网址,同時證實該分子篩在手性催化和分離中有著一定的效果吉利彩票网址,相關成果發表在《PNAS》上吉利彩票网址。

                            上述兩項研究均得到上科大科研啟動經費的支持。

                            《Nature Materials》論文鏈接:

                            https://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4890.html

                            《PNAS》論文鏈接:

                            http://www.pnas.org/content/early/2017/04/25/1704638114


                            手性分子篩沿(a)[2-1-10]和(b)[1-100]的高分辨透射電子顯微圖像,(c)和(d)對應(a)和(b)的傅里葉過濾圖像。 手性分子篩沿[0001]的(e)模擬和(f)實驗旋進電子衍射花樣。

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