上海科技大學馬延航團隊：研發出基于電子晶體學的手性確認新方法

【成果簡介】

近日，上海科技大學助理教授馬延航、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，相關研究成果于5月1日以題為“Electron crystallography for determining the handedness of a chiral zeolite nanocrystal”在線發表于國際期刊Nature Materials上。

【圖文導讀】

圖1?具有不同手性的螺旋六次旋轉的示意圖

a，b）旋轉后右旋螺旋（a）和左旋螺旋（b）的變化與右側相同。

螺旋線由柱子周圍的球鏈顯示，每個螺旋中的兩個球體被標記為矩形，顯示了旋轉之后的投影的移動，即右手的向下，左手的向上

圖2?兩個HRTEM圖像與金納米顆粒作為標記的比較

a，b）分別沿著兩個區域軸線涂覆金納米顆粒的手性沸石的圖像

c，d）分別在傅立葉濾波之后的a和b的處理圖像，其僅包括特定范圍內的空間頻率以增強金納米顆粒的對比度。 比例尺：5 nm

【研究內容】

如果一個物體的本身無法跟它的鏡像重合，就說這個物體具有“手性”。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，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，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。可是，如果不能對手性結構進行表征，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。

馬延航和其他合作者經過努力，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，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，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，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。

專家認為，這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。

據悉，上述兩種方法提出之后，上海科技大學研究人員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，同時證實該分子篩在手性催化和分離中有著一定的效果，相關成果已經發表于PNAS上。

原文鏈接：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/20175415451832743835.shtm.

文獻鏈接：Electron crystallography for determining the handedness of a chiral zeolite nanocrystal.

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