我國科研團隊攻克分子篩酸中心表征的單分子成像技術
時間：2024-03-05 來源：科技日報
記者3月1日從內蒙古鄂爾多斯市科技局獲悉，清華大學鄂爾多斯實驗室魏飛教授研究組和騫偉中教授研究組聯合攻關，利用國際上最先進球差校正電鏡技術，觀察到分子篩孔道中酸性位（Al-T位點）與噻吩單分子的相互作用。相關成果已先后發表于國際學術期刊《科學》和《自然》。
研究有機小分子在以分子篩為代表的多孔材料中的單分子成像與構象，是深入理解其相變、吸附、催化和相互作用過程的基礎與關鍵。其中，有機小分子在室溫或更高溫度下的成像，一直是電子顯微學領域難以攻克的關口。
噻吩分子比苯分子或吡啶分子尺寸更小，在ZSM-5分子篩（沸石分子篩）孔道中可以自由旋轉，其速度之快，極難被電子束捕捉與清晰觀察。但是，因噻吩分子含有硫元素，能夠與分子篩孔道形成O-H-S氫鍵，從而比苯、吡啶或對二甲苯等分子更易與分子篩建立起較強的相互作用。相關成鍵限制了噻吩分子在孔道中的自由旋轉，使噻吩分子可以呈現出與電子束接近垂直的平面構型，從而可以利用最先進的 電子束成像技術觀察。另外，ZSM-5分子篩的0.5納米左右的孔道并不是無限對稱的圓形截面，不同位置的Al-T位點呈現出不同的空間位阻，與噻吩分子形成氫鍵時的鍵角不同，形成氫鍵的機率也不同，這樣就能夠用噻吩分子極細微的空間構象來進行解析。
據悉，該研究既是分子篩電鏡成像技術的突破，也是分子篩孔道與客體分子復雜相互作用的具體體現，為在皮米層次理解催化的本質以及控制產品選擇性提供了新的方向，將有效解決先進煤化工合成氣制備烯烴或芳烴，以及CO2加氫制備綠色航煤與綠色化學品的共性基礎問題。
