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馬延航課題組提出晶體手性判定新方法

時間:2020-04-22瀏覽:14設置

近日,物質學院馬延航課題組提出了一種使用電子顯微鏡確認晶體手性的新方法。該方法基于球差校正掃描透射電子顯微鏡原子分辨成像彩天地app,通過拍攝單顆手性晶體沿不同帶軸的高分辨圖像,結合結構模型和圖像模擬,成功實現了在原子尺度上直接確認晶體的左右手性。此項成果以“Atomic-level handedness determination of chiral crystals using aberration-corrected scanning transmission electron microscopy”為題發表在Nature Communications上。

手性在自然界中非常常見。兩個化學組分完全相同的手性異構體,其性質卻可能完全不同彩天地app。一個典例就是手性沙利度胺(Thalidomide),一種對映體是有效的鎮靜劑,而另一種則可能導致胎兒畸形。因此彩天地app,有效的手性判定對于手性材料的研究開發有著重要意義。傳統的手性判定主要依賴于單晶X射線衍射彩天地app,但該方法需生長大尺寸且高質量的單晶,對于納米晶體及結晶性較差材料的手性判定仍是巨大挑戰彩天地app彩天地app。

此前,馬延航教授和Osamu Terasaki教授等研究團隊開發了系列透射電子顯微高分辨圖像和旋進電子衍射的電子顯微晶體學方法,成功用于納米分子篩晶體的手性確認(Nat Mater201716, 755-760),并因其在手性分子篩表征工作中的重大貢獻獲得了2019年度國際分子篩學會最高榮譽獎Donald W. Breck獎。

在該工作中,研究人員首先選擇了具有P3121和P3221空間群的手性碲(Te)晶體作為研究對象,在結構模型中可以看出(圖1),沿[010]方向左右手性結構的投影相同,而將結構模型沿c軸逆時針旋轉至[120]帶軸時,兩個手性結構的投影就不再相同。通過拍攝[010]和[120]帶軸方向的系列傾轉掃描透射電子顯微鏡高分辨圖像(圖2)彩天地app,結合[120]方向中Te原子排列在水平方向上的彎曲方向,可以判定該顆晶體為左手手性彩天地app。研究人員也選用了具有P6222和P6422空間群的手性二硅化鉭(TaSi2)作為研究對象彩天地app,進一步驗證了該方法的可行性和普適性。

圖1:Te晶體左(P3221)右(P3121)手性結構的系列傾轉結構模型

圖2:單顆Te晶體沿[010]和[120]帶軸的STEM圖像

上?彩天地app?萍即髮W為該研究成果的唯一完成單位,物質學院2018級碩士研究生董卓雅為第一作者,馬延航教授為通訊作者。物質學院電鏡中心主任Osamu Terasaki教授提出了有益的建議并給予大力支持,該成果也得到了英國Cardiff大學 Kenneth D.M. Harris教授的幫助。上科大物質學院電鏡中心為實驗提供了儀器及技術支持,實驗主要在物質學院電鏡中心的球差校正掃描透射顯微鏡GrandARM 300F上完成。該項工作也受到了上海浦江人才計劃、中國晶體學會青年人才托舉工程、國家自然科學基金的資助 。

文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-15388-5


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