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我科学家在分子间氢键的实空间成像研究方面

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来源: 作者: 2019-05-16 21:58:16

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铜晶体表面8-羟基喹啉份子的qPlus原子力显微镜图像(色彩渲染)

9月26日,《科学》杂志以“Science Express”发表了国家纳米科学中心和中国人民大学物理系的研究人员,利用原子力显微镜技术在实空间观测到的分子间氢键和配位键相互作用研究的最新成果(“Report”形式随后发表),这预示着可成功实现对分子间局域作用的直接成像。该研究工作由裘晓辉研究员、程志海副研究员领导的纳米表征与丈量研究团队与季威副教授领导的理论计算小组精诚合作完成的,得到国家自然科学基金(,,,)等的长时间资助。

氢键被认为是一种典型的非共价键,是最重要的份子间相互作用情势之一。虽然氢键的强度远弱宝宝多大可以吃西瓜呢
于共价键,但是对物资性质的影响至关重要。例如,氢键作用使水在常温下以液态存在、DNA双螺旋结构及蛋白质分子的二级结构构成等都离不开氢键的贡献。长久以来,科学界普遍认为氢键是一种弱的静电相互作用,然而,近年来有实验证据显示氢键仿佛有类似共价键的特性,即形成氢键的原子间也存在微弱的电子云共享。2011年,国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)推荐了氢键的新定义,但是有关氢键本质的研究远没有结束。红外光谱、核磁共振波谱及X射线衍射技术等是目前氢键研究的常用方法,对氢键研究起到了关键作用,然而这些谱学技术需要结合理论计算才能获得氢键的结构信息。扫描隧道显微镜具有原子份子的分辨率,但是由于缺乏显著的电子态贡献,因此,一直以来未观察到氢键的存在。显然,发展对氢键特性的精确实验测量技术,不但有助于阐明氢键的本质,而且在原子/份子尺度上获得关于物质结构和性质的信息,对于功能材料及药物分子的设计具有重要的意义。

国家纳米科学中心的研究团鲜卤菜卷怎样做好吃?
队长时间坚持自主研制、升级和改造科研装备。数年来,通过对商品仪器部件的不断优化,以及原子力显微镜的核心部件-高性能qPlus型力传感器的研制,极大地提高了现有装备的稳定性和信噪比,使得该仪器的关键技术指标达极高的水平。在超高真空和低温条件下,该研究团队通过精确探测原子力探针与份子化学键的电子云之间的Pauli排斥力作用,获得了吸附在铜晶体表面的8-羟基喹啉分子的共价键化学骨架、分子间氢键、以及份子与金属原子配位键的高分辨空间图像,实现了对氢键作用位点、键角和键长的直接测量,据此可精确解析份子间氢键的构型等信息。

该研究开辟了一条对氢键研究的崭新实验途径,将对分子间相互作用的研究起到巨大的推动作用。

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