原子力顯微鏡觀察原子和分子

據(jù)英國(guó)《每日郵報(bào)》報(bào)道，IBM的科學(xué)家借助原子力顯微鏡，首次將拍攝到的單個(gè)并五苯分子的照片呈現(xiàn)在人們面前。
如下圖所示：

高分辨率的原子力顯微鏡（AFM）一直延伸到了一個(gè)新的應(yīng)用，就是獲得單個(gè)分子的在化學(xué)反應(yīng)之前和之后的照片。
一個(gè)由化學(xué)教授Felix R. Fischer 和 the University of California， Berkeley的物理學(xué)教授Michael F. Crommie領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，利用AFM去觀察烯二炔類化合物及其銀表面由熱引起的環(huán)化產(chǎn)品的圖像。
研究人員選擇了烯二炔系統(tǒng)去研究，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這將獲得像像石墨烯一樣的結(jié)構(gòu)，F(xiàn)ischer說(shuō)。他和他的同事們都感興趣，在開發(fā)表面支持的反應(yīng)，產(chǎn)生這樣的結(jié)構(gòu)，將會(huì)在分子電子學(xué)應(yīng)用。

烯二炔可以進(jìn)行各種競(jìng)爭(zhēng)性的環(huán)化過(guò)程，生產(chǎn)多種具有挑戰(zhàn)性的需要識(shí)別的產(chǎn)物。結(jié)構(gòu)鑒定技術(shù)，像質(zhì)譜和核磁共振光譜，有時(shí)就會(huì)失敗，比如當(dāng)所有的產(chǎn)品具有相同的質(zhì)量和混合產(chǎn)物的核磁共振光譜有重疊式，是很難解決的。
幾年前，當(dāng)IBM的研究人員公布一個(gè)單分子并五苯的原子和化學(xué)鍵的圖像時(shí)，AFM成為頭條新聞。這種技術(shù)已經(jīng)被用于幫助天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)測(cè)定，確定在C60和多環(huán)芳烴之間的成鍵系列的差異，并揭示了二苯并[A，H]蒽異構(gòu)體之間的相互轉(zhuǎn)換。
Fischer ，Crommie和他們的同事在新的工作中，在銀的表面，沉積1，2 - 雙[（2 - 乙炔基苯基）乙炔基]苯，然后當(dāng)加熱至超過(guò)90℃以引起環(huán)化時(shí)，他們用AFM對(duì)分子進(jìn)行成像。然后，他們對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行拍攝。他們發(fā)現(xiàn)，一半的分子轉(zhuǎn)變成了多環(huán)狀芳香結(jié)構(gòu)，多環(huán)狀芳香結(jié)構(gòu)主要由5個(gè)六元環(huán)和融合在一起構(gòu)成。另外四分之一的分子形成了一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)，它由一個(gè)四元環(huán)和兩個(gè)五元環(huán)連接起來(lái)的的4個(gè)六元環(huán)結(jié)構(gòu)。其余的產(chǎn)物是寡聚體結(jié)構(gòu)和少量的環(huán)異構(gòu)體。
Fischer說(shuō)，這個(gè)結(jié)果讓他們很驚訝，主要是兩個(gè)方面。其中之一是，該反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)比較純的兩種主要產(chǎn)物。另一個(gè)是這些產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。“從直覺和教育上講，我們可以繪制了十幾個(gè)不同的產(chǎn)物，”他說(shuō)。“但是他們沒有一個(gè)發(fā)生表面反應(yīng)中。”和在溶液中的反應(yīng)相比，表面實(shí)驗(yàn)中觀察到的產(chǎn)物有很高的激活能壘。表面原子與分子的相互作用可能促進(jìn)了意想不到的化學(xué)，菲舍爾說(shuō)。
這個(gè)工作是一個(gè)偉大的成功案例，當(dāng)你用原子力顯微鏡的時(shí)候， Leo Gross說(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)團(tuán)隊(duì)研究可視化并五苯，并已開展幾個(gè)原子力顯微鏡的分子成像研究。 AFM持續(xù)低展示其潛在的結(jié)構(gòu)測(cè)定，特別是隨著技術(shù)的進(jìn)一步細(xì)化，揭示更多的原子細(xì)節(jié)，Gross說(shuō)。

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