利用原子力显微镜，中国科学家成功对分子间氢键和配位键直接成像

利用原子力显微镜，中国科学家成功对分子间氢键和配位键直
接成像
利用原子力显微镜，中国科学家成功对分子间氢键和配位键进行了实空间观测，这是国际上第一次实现对分子间局域作用的直接成像。

这些成果已发表在《科学》杂志上。

8-羟基喹啉分子间氢键示意图。

图片来源：
为什么冰能浮水上？这其中便是氢键（Hydrogen bond）在起作用。

在自然界，氢键这种分子间的相互作用是随处可见的，连DNA双链中的碱基配对，也是在氢键作用下实现的。

然而，氢键本质一直备受争论：这种作用力长期以来都被认为是静电相互作用，但近年来的研究结果又提示，氢键可能具有与共价键类似特性。

要了解氢键的真实面目，对氢键相关指标的精确测量成为关键。

此前，对氢键特性的研究主要借助于X射线衍射、拉曼光谱、中子衍射等技术进行间接分析。

而这一次，中国科学家们利用非接触的原子力显微镜（NS-AFM），实现了对氢键的直接观察。

国家纳米科学中心的裘晓辉团队与中国人民大学季威副教授的团队合作，在超高真空和低温条件下观察到了吸附在铜晶体表面的8-羟基喹啉分子间氢键的高分辨率图像，直接对该氢键的键长及键角进行了测量。

此外，研究者还观察到了去氢8-羟基喹啉分子与铜原子的配位键作用。

这些成果对氢键理论的研究提供了极具价值的参考。

图A：8-羟基喹啉的化学结构。

图B：8-羟基喹啉分子在原子力显微镜下得显微图片。

图C：聚集的8-羟基喹啉图像。

图D：与图C相对应的分子结构模型。

虚线代表氢键。

图片来源：整理自Zhang et al. Science. 2013
研究者的氢键成像结果与我们高中时学到的化学知识相一致：氢原子一方面以共价键与电负性较强的X原子相连，另一方面又受到另一电负性较强的原子Y的吸引。

现在，除了X射线晶体衍射等方法，我们又有了直接给氢键“拍照”的手段。

然而，这项研究只证明了原子力显微镜具有用于帮助探索氢键本质的能力。

为什么在氢键存在的位置能够形成足以被观测到的反差、氢键最本质的面目又是什么？要阐明这些问题，还得依赖实验技术的革新和科研人员的不懈努力。

果壳网。