科学家首次报道氢键的AFM成像

8-羟基喹啉在Cu(111)面上的组装团簇: STM 图像(左图) 、AFM图像(中图)、模型图(右图)。

中国科学家在真实空间内对于氢键进行了成像。

北京国家纳米科学中心的裘晓辉教授及其合作者们,利用非接触式原子力显微镜(non-contact AFM)对于连接8-羟基喹啉团簇的氢键进行了成像,且成像分辨率极高。同时,他们也在原子级别上确定了键型的构象。

“我们不仅确定了氢键的位置而且还度量了键长”裘晓辉教授向Microscopy and Analysis杂志如此介绍道,“AFM是对于现今表征方法(红外光谱和XRD)的有利补充,但是它对于单个分子更为敏感。”他同时补充道,“据我所知,这是第一次在真实空间内对于氢键进行成像。”

为了研究喹啉分子的互相作用,裘教授采用了IBM公司Leo Gross博士发明的AFM方法,即将一氧化碳分子连接到AFM针尖上,从而提高分辨率。将8-羟基喹啉分子沉积到铜基底上,利用短程Pauli排斥力,就可以通过一氧化碳分子功能化的AFM针尖来分析单个分子或者无序的分子组装体。AFM图像可以清楚地揭示裘晓辉教授所谓的存在于相邻组装分子之间的“键合特征”,这种方法也具有很好的重复性。

然而,即使通过最先进的扫描隧道显微镜(STM)技术,也无法观察到这些特征。“STM是探索原子和分子世界的有力武器,然而它是通过物质的电子态来进行观察,所以观测物局限于原子或者分子。”裘教授解释道,“利用STM无法观测到类似于AFM的图像,因为氢键对于电子态的贡献微乎其微,所以用STM无法观测。”同时,他也补充道,“与此相反,AFM可以用于检测原子和化学键的电子密度,但是非接触式原子力显微镜的技术实现要比STM更为困难。“

裘教授希望他的方法也能够用于生物分子的探测上。“我们也研究过其他能够形成氢键的有机分子,并期望得到更多有趣的结果。”

上述研究结果发表在Science杂志上。

来源:Microscopy And Analysis

翻译:朱哲凝