最近開發的電子顯微鏡技術使科學家能夠通過精確成像限制在沸石基質通道中的單個對二甲苯分子的方向變化來測量范德華相互作用?。該裝置類似于納米級羅盤,其中碳氫化合物分子是旋轉指針,孔周圍原子的位置定義了方向標記。

研究結果提供了一種直接‘觀察’單個分子及其相互作用的方法,中國清華大學的陳曉指出,范德瓦爾斯力在許多過程中發揮著重要作用,但測量這種相互作用具有挑戰性,并且通常涉及復雜的技術。使用稱為集成微分相差掃描透射電子顯微鏡 (iDPC-STEM) 的成像模式,她和她的同事現在已經能夠跟蹤沸石內的主客體相互作用。該團隊利用了這一事實,即這種沸石中大孔的周長由 10 個氧原子和 10 個硅原子組成,它們的編號表示 20 個不同的方向,這些方向相距約 18°。

分子“指南針”追蹤沸石內的范德華相互作用?-國投盛世

阿爾托大學的Peter Liljeroth評論道:“這個想法是使用一種完全適合沸石孔隙的分子作為指南針來監測孔隙壁的微觀結構,從而監測分子與多孔固體之間的范德華相互作用。”芬蘭,誰沒有參與這項研究。他解釋說,對二甲苯指針優先采用反映不同相互作用的特定方向。“電子顯微鏡用于解析分子骨架相對于周圍孔的原子結構的角度。”

研究人員進行了第一性原理計算,將方向的變化與范德華力的變化聯系起來,根據各種通道模型計算了不同方向的對二甲苯分子的能量。荷蘭賽默飛世爾科技公司的Ivan Lazi? 是 iDPC-STEM 方法的開發者之一,也是該研究的合作者之一,其指出對這種系統進行成像并不容易。天然沸石是對電子劑量敏感的材料,并且更多地被困在其中的單個分子,但這種技術使用了所有可用的電子,而且劑量效率很高。

美國退休的顯微鏡專家斯蒂芬·彭尼庫克對此表示贊同,這種方法的主要優勢在于它可以有效地對輕原子和重原子進行成像,在這里,在幾納米長的沸石通道內甚至可以檢測到一個輕分子;能夠同時看到系統中較輕和較重的部分是一項重大成就。