最新！清华大学又发Nature！

继2022年3月9日、4月6日、4月27日、6月21日、6月29日之后，清华大学再发今年第六篇Nature，总计第10篇Nature/Science。

具有原子分辨率的单分子成像，是研究各种分子行为和相互作用的一种重要方法。虽然低剂量电子显微镜，已被证明在观察小分子方面有效，但它还没有帮助人们实现对多孔材料(如沸石)中单分子的基本物理和化学的原子理解。与酸位点相互作用的小分子构型，决定了沸石在催化、吸附、气体分离和能量储存方面的广泛应用。在此，来自清华大学的陈晓&魏飞等研究者局限于ZSM-5分子筛通道内的单吡啶和噻吩的原子成像。相关论文以题为“Atomic imaging of zeolite-confined single molecules by electron microscopy”于2022年07月13日发表在Nature上。

单个小分子的原子成像，将为化学键和分子间相互作用提供新的理解。特别是对于多孔材料的催化和吸附，揭示小分子和多孔结构之间的主-客体相互作用，对于研究这些应用中的各种分子行为具有重要意义。电子显微镜，有望通过原子分辨率实现晶格结构的实空间表征，这也应该适用于小分子的成像。尽管最近在低剂量成像方法上的进展表明，用电子显微镜观察小分子在技术上是可行的，但要更深入地了解化学，从原子上解析它们仍然是一个挑战。沸石是最重要的多孔材料之一，用于将天然气、化石石油和甲醇转化为重要的烯烃、芳烃和其他精细化学品。分子筛中有序的通道体系和明确的酸位，对被吸附分子提供了很强的约束，促进其进一步转化，这已被各种实验和模拟研究。同时，这些分子在约束条件下的“冻结”构型，为人们在真实空间中对它们进行原子成像和研究提供了基础。例如，吡啶和噻吩是两种典型的探针分子，它们与沸石中的Brønsted酸位点有很强的相互作用。在酸位点，这些分子中的原子环被静态地暴露在适当的成像投影中，这样分子的行为和相互作用就可以从静态图像，甚至原位实验中直观地识别出来。在此，研究者以局限于ZSM-5沸石中的吡啶和噻吩为模型分子，探索成像方法在分子物理和化学中的应用。为了原子成像这些分子，研究者将iDPC-STEM应用于这种光束敏感的轻元素样品。在原位实验中，研究者可以直接看到吡啶在ZSM-5通道中的吸附和解吸行为。基于静态iDPC-STEM图像，单吡啶中的六元环和单噻吩中的S原子定位，反映了ZSM-5通道中酸位点上的主-客体相互作用。这些结果，证明了电子显微镜在小分子的成像和分析方面的能力，从而启发人们将其应用于研究吸附、催化、气体分离和能量储存等更多的单分子行为。

作者简介

魏飞，教授，长期从事流态化、多相反应工程及碳纳米管结构控制与批量生产技术。致力于多相反应器的新概念及新理论研究、研发用于煤及石油化工、纳米材料、清洁能源化学品、环境等领域的新型过程及设备。国家 杰出青年基金（1997）获得者。绿色反应工程与工艺 北京市重点实验室主任。主持设计30余台多相反应 器投入商业运行，如2000吨/年纳米聚团流化床法碳纳米管、60万吨/年流化床甲醇制丙烯（在建）、3万吨/ 年流化床法甲醇制芳烃及10万吨/年流化床法苯胺，15 万吨/年下行床催化裂化等，研究成果获国家科技进步 二等奖（2002 年，2008 年）、中石化科技进步一等奖 （2001、2007 年）、教育部自然科学一等奖（2005， 2015）、发明一等奖（2012）。在Science、Nature等杂志发表论文600 余篇， 专著4部，SCI引用50000余次，H因子 97。是2016-2021克莱蒽材料领域高被引学者。中国颗粒学会能源颗粒材料专业委员会主任，中国化工学会、 石油学会理事等职。研究方向：流态化；碳纳米管；多相催化与煤化工；下行床石油裂解

文献信息

Shen, B., Wang, H., Xiong, H. et al. Atomic imaging of zeolite-confined single molecules by electron microscopy. Nature (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04876-x

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04876-x

https://www.chemeng.tsinghua.edu.cn/info/1165/2600.htm

转自：PPT科研绘图

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