用扫描隧道显微镜揭示单分子中的键

来自Wilson Ho 教授实验室的研究人员已经用扫描隧道显微镜使单个酞菁钴分子成像。【Steve Zylius/加州大学欧文分校】

美国的研究人员已经用扫描隧道显微镜使得单个酞菁钴分子中的个别键成像,揭示了氢键的不寻常模式。

来自加州大学欧文分校的研究团队利用有着以一氧化碳为终端的针尖的扫描隧道显微镜探测吸附在银和金表面的酞菁钴分子周围的局部势能。

就像来自加州大学欧文分校物理和天文系的Wilson Ho 教授解释的那样, 他的团队采用一种所谓的单分子非弹性隧穿探针方法使得一氧化碳振动的空间变化成像,并揭示了被吸附分子中的骨架结构和成键。

 “把一个一氧化碳分子转移到扫描隧道显微镜的针尖上,该CO针尖的振动模式能感应到在被吸附分子中的两个原子间的键合作用 ,” 他说。“当针尖在分子上扫描时,用STM得到的非弹性电子隧穿谱可以测量出一氧化碳分子受阻振动的的能量和强度变化。”

就如同非弹性电子隧穿谱揭示的那样,一氧化碳分子振动激励的这些变化进而可以画出分子内的键以及邻近分子间的氢键的轮廓。

最重要的是,这项最新的研究公布了二叉氢键形成的证据,在这种氢键中,一个氢原子参与了两个氢键的形成。

“这种非弹性隧穿探针方法显示,在分子内键中,氢原子在多个中心中共享……,这种现象在分子间相互作用中也很明显。”Ho 如是说。

酞菁钴中的键和结构的示意图及STM图像【Ho等】

虽然原子力显微镜最近已被用于获得单分子结构和分子间氢键的实空间图像,但是Ho教授认为STM这种手段将帮助我们阐明分子结构和功能之间的关系。

 “由非弹性遂穿探针得到的实空间谱和成像让我们对不同类型的化学键和相关化学的本质有了更深刻的认识”他补充说。

该团队确实能够在一小时之内得到图像,并期望非弹性遂穿探针将来能够用于其他分子成像,这为分子化学打开了生动的新视野。

该研究发表在Science上。

来源:STM reveals bonds in single molecule

翻译:曹明晶