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新型显微技术实现分子筛孔道内单分子识别与精确计数
2025年10月09日 10:12:13
来源：化工仪器网 作者：宋池 点击量：5389
近日，我国科研团队开发基于低剂量iDPC-STEM的实空间分子分析方法，首次在ZSM-5分子筛中实现孔道内吸附分子的单分子级识别与精确计数。该方法能区分不同分子及其与沸石的相互作用，直接观测分子扩散与反应动力学，为理解吸附、催化等微观机制提供了全新研究途径。
近日，苏州大学申博渊教授、宋斌教授与华东理工大学戴升教授团队合作，开发出一种基于低剂量积分差分相位衬度扫描透射电子显微镜(iDPC-STEM)的实空间定量分子分析方法，首次在ZSM-5分子筛中实现了对吸附分子的单分子分辨率识别与精确计数。该研究成果已发表于《美国化学会志》(Journal of the American Chemical Society)。
长期以来，如何在限域环境中对分子行为进行空间分辨的定量分析，是分子科学领域的重要挑战之一。传统光谱技术虽可识别分子种类并量化组成，但无法直接观测分子的空间分布。伴随光谱的成像技术也仅能提供微米尺度的平均信息，难以揭示分子在吸附、催化等过程中表现出的局部异质性。因此，开发具备单分子空间分辨能力的定量分析方法，对于深入理解微观机制具有重要意义。
研究团队采用的低剂量iDPC-STEM技术，可在埃级(Å)尺度下直接可视化ZSM-5孔道中的分子结构。通过结合实验成像、图像模拟与热重分析(TGA)，构建了峰值强度与分子数量的定量标定曲线，从而实现对单孔道内吸附分子的精确计数。该方法成功区分了苯、呋喃、吡啶、对二甲苯等小分子，并揭示了它们与分子筛的相互作用差异。例如，吡啶的吸附行为与分子筛中铝含量(酸性位点)高度相关，而苯的吸附则无此依赖性，直接验证了碱性分子与酸性位点的特异性作用机制。
此外，研究团队利用实时成像技术，观察到苯分子在电子束作用下快速扩散并均匀分布，而对二甲苯因甲基位阻在正弦孔道中扩散受限，并在单孔道中观测到其辐射分解动力学过程。
该方法具有广泛适用性，未来结合大数据分析及原位技术，可拓展至动态过程监测，为多相催化、吸附分离及分子传输等研究提供新视角。此外，该方法还可应用于更复杂的主客体相互作用及生物大分子体系，为结构化学与生物学研究开辟新路径。
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