我校物質(zhì)學(xué)院助理教授馬延航、特聘教授Peter Oleynikov和電鏡中心主任Osamu Terasaki合作，研發(fā)出兩種基于電子晶體學(xué)的手性確認(rèn)新方法，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)納米尺寸晶體的手性確認(rèn)，相關(guān)成果于5月1日以“Electron crystallography for determining the handedness of a chiral zeolite nanocrystal”為題在國(guó)際頂尖期刊《Nature Materials》上在線(xiàn)發(fā)表。馬延航為第一作者，Peter Oleynikov和Osamu Terasaki為通訊作者，上?？萍即髮W(xué)為第一單位。

如果一個(gè)物體的本身無(wú)法跟它的鏡像重合，我們就說(shuō)這個(gè)物體具有“手性”（handness）。手性在自然界中廣泛存在，比如在生物界，人類(lèi)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(guān)世界中，許多分子都具有手性，非手性的分子通過(guò)相互作用也可以形成手性排列。

在晶體學(xué)中，手性結(jié)構(gòu)是指具有手性空間群的結(jié)構(gòu)，而單個(gè)晶體手性結(jié)構(gòu)的確認(rèn)一般是通過(guò)單晶X射線(xiàn)衍射來(lái)完成。由于吸收的存在，X射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用時(shí)會(huì)發(fā)生反常散射，造成弗里德?tīng)栄苌鋵?duì)(Friedel pair)的強(qiáng)度差異，而兩種手性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的強(qiáng)度差異正好相反。因此，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量大量衍射對(duì)的強(qiáng)度，即可確定手性晶體的絕對(duì)結(jié)構(gòu)(absolute structure)。然而，X射線(xiàn)法只適合尺寸大于5微米的單晶，對(duì)于顆粒較小或存在缺陷的材料則無(wú)法表征，因此在實(shí)際應(yīng)用中存在很多限制?？墒牵绻荒軐?duì)手性結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，合成單一手性的材料以及實(shí)現(xiàn)材料的對(duì)映選擇性應(yīng)用也就無(wú)從談起。

馬延航和他的合作者們經(jīng)過(guò)努力，突破了上述研究難點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出兩種基于電子晶體學(xué)的手性確認(rèn)新方法，成功實(shí)現(xiàn)了納米尺寸晶體的手性確認(rèn)：第一種方法是在透射電鏡中利用晶體旋轉(zhuǎn)，沿著不同晶帶軸拍攝同一個(gè)晶體的高分辨圖像，通過(guò)對(duì)比旋轉(zhuǎn)前后圖像的變化，確定晶體的手性結(jié)構(gòu)；第二種方法是利用旋進(jìn)電子衍射，沿著特定帶軸收取系列旋進(jìn)電子衍射花樣，通過(guò)比較高階勞厄區(qū)衍射點(diǎn)強(qiáng)度的差異，確定晶體的手性結(jié)構(gòu)。

該項(xiàng)成果突破了使用單晶X射線(xiàn)衍射方法的限制，為手性結(jié)構(gòu)的確認(rèn)提供了新的研究手段和技術(shù)方法，在手性材料的研究中有著非常重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

上述兩種方法提出之后，我校科研人員與加州理工學(xué)院教授Mark E. Davis課題組合作，將新方法運(yùn)用在手性分子篩的結(jié)構(gòu)確認(rèn)上，確認(rèn)了通過(guò)特定設(shè)計(jì)的模板劑可以合成出單一手性富集的納米分子篩，同時(shí)證實(shí)該分子篩在手性催化和分離中有著一定的效果，相關(guān)成果發(fā)表在《PNAS》上。

上述兩項(xiàng)研究均得到上科大科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)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(duì)應(yīng)（a）和（b）的傅里葉過(guò)濾圖像。 手性分子篩沿[0001]的（e）模擬和（f）實(shí)驗(yàn)旋進(jìn)電子衍射花樣。