高速X射线激光器揭示了小分子的秘密晶体结构

Question

如题所述

Answer 1

科学家们一直在寻求了解构成微小晶体的化合物的秘密，这些化合物可能对可再生能源的生产和半导体的发展产生重要影响。晶体结构的研究促进了材料科学和太阳能电池技术的进步。然而，现有的技术在确定这些结构时可能会破坏脆弱的微晶体。
为了解决这个问题，研究人员现在可以使用来自X射线自由电子激光器(XFEL)的超快脉冲来调查数以千计的微晶体，并在它们损坏之前收集结构信息。这种方法，在过去十年里主要用于研究蛋白质和其他大型生物分子，现在首次被应用于研究小分子。
研究人员开发了一种新工艺，称为小分子系列飞秒X射线晶体学(smSFX)，它可以确定形成微晶粉末的三种化合物的结构，包括两种以前未知的化合物。他们相信这种新方法将在材料科学领域产生重大影响。
使用smSFX，研究人员首次确定了两种金属有机材料的结构，这两种材料都有可能用于未来的电子设备和太阳能电池。这些发现有助于理解某些金属有机材料在紫外线照射下发出明亮蓝光的原因。
确定材料的晶体结构是将其应用于实际设备并考虑工程应用的第一步。然而，许多物质不愿意形成用于传统X射线晶体学所需的大晶体，而是形成粉末，其X射线衍射图案更难解析。
smSFX的出现使得解决晶体结构的问题成为可能，从而加速了其他微晶体结构的建模，并可能导致新材料的发现，这些新材料可能用于分子机器、电池和燃料。
研究人员将每个新的晶体结构上传到全球晶体学数据库，以便科学家们可以用来测试理论并寻找有用的化合物。smSFX提供了一个更全面的材料模型，与传统方法相比，它能够在整个晶体组中获得更全面的视图。
在实验中，研究人员遇到了一个意外的问题：微晶体需要通过一个液体样品输送系统被输送到X射线束中，但他们发现使用的甲醇与输送系统的环氧树脂不相容，有时会融化喷嘴。水也不能用来输送微晶体，因为它会堵塞系统并使晶体粘在输送系统的管道上。
在束手无策之际，他们想起了洗碗剂在处理石油泄漏时的用途。他们找到了一瓶洗涤剂，将其与水混合，这种混合物被称为“鸭子酱”，并成功地将微晶体送入输送系统。
研究人员希望未来能绘制更多材料的晶体结构图，因为任何一种材料都可能具有未知的特性。他们还表示，XFEL-smSFX过程可能会变得更加快速，从而揭示大量的未知晶体结构，他们正在努力简化这一方法。