物理化学学报 >> 2020, Vol. 36 >> Issue (1): 1907052.doi: 10.3866/PKU.WHXB201907052
所属专题: 庆祝唐有祺院士百岁华诞专刊
收稿日期:
2019-07-18
录用日期:
2019-09-17
发布日期:
2019-09-24
通讯作者:
孙俊良
E-mail:junliang.sun@pku.edu.cn
作者简介:
孙俊良研究员,1979年出生。2006年获得北京大学化学与分子工程学院博士学位,师从林建华教授;现为北京大学化学与分子工程学院无机固体材料化学课题组组长,博士生导师,主要研究方向为无机微孔材料的合成和应用、结构解析方法的发展,致密固相化合物。
基金资助:
Jian Li,Cong Lin,Jianhua Lin,Junliang Sun*()
Received:
2019-07-18
Accepted:
2019-09-17
Published:
2019-09-24
Contact:
Junliang Sun
E-mail:junliang.sun@pku.edu.cn
Supported by:
摘要:
自然界中的材料,比如无机材料,有机材料,生物材料等等,均有其独特的物理和化学性质。而材料的性能又与材料的结构息息相关,只有充分了解了材料的结构,才能更加深入的研究材料性质。因此,材料结构的确定在化学、物理、生物等学科中的显得尤为重要。X射线晶体学作为传统的结构解析技术仍然是目前最重要的结构解析手段,但是对于复杂结构,X射线衍射晶体学解析结构也存在一些不足,往往需要其他技术手段相补充才能完成复杂结构的结构解析。电子晶体学虽然起步比X射线晶体学晚,但是,经过近几十年的发展,已经是结构解析领域一个非常重要的手段。本文将主要介绍X射线晶体学结合电子晶体学在复杂无机晶体结构解析中的应用。
黎建,林聪,林建华,孙俊良. X射线晶体学结合电子晶体学在复杂无机晶体结构解析中的应用[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1), 1907052. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907052
Jian Li,Cong Lin,Jianhua Lin,Junliang Sun. Application of Combining X-ray Diffraction and Electron Crystallography for Determination of Complex Inorganic Crystal Structure[J]. Acta Physico-Chimica Sinica 2020, 36(1), 1907052. doi: 10.3866/PKU.WHXB201907052
表1
单晶X射线衍射,粉末X射线衍射,HRTEM照片和电子衍射的比较"
SCXRD | PXRD | ED (2D/3D) | HRTEM | |
Unit cell | Easy | Difficult | Require expertise /Easy | Difficult |
Space group | Easy | Difficult | Require expertise /Easy | Difficult |
Peak overlapping | No | Yes | No/No | No |
Completeness | High | High | Low/High | Low |
Beam damage | Low | Low | Medium/Medium | Strong |
Phase | No | No | No/No | Yes |
Information of sample | Single crystal | over | Single crystal | Single crystal |
Intensities | Kinematic | Kinematic | Dynamic/Dynamic | Dynamic |
Data collection | Easy | Easy | Difficult /Difficult | Difficult |
Structure solution | Easy | Difficult | Difficult/easy | Difficult |
Refinement | Accurate | Accurate | Less accurate/ Less accurate | Less accurate/ Less accurate |
Crystal size | > 1 μm | > 50 nm | > 50 nm | > 5 nm |
1 | Chen X. M. ; Cai J. W. Principle and Practice of Single Crystal Structure Analysis Science Press: Beijing, 2007, p. 15. |
陈小明; 蔡继文. 单晶结构分析的原理与实践, 北京: 科学出版社, 2007, 15. | |
2 | Zou X. D. ; Hovmoller S. ; Oleynikov P. Electron Crystallography Electron Microscopy and Electron Diffraction Oxford University Press: UK, 2011, p. 86. |
3 |
Patterson A. L. Phys. Rev. 1934, 46, 372.
doi: 10.1103/PhysRev.46.372 |
4 |
Sheldrick G. M. Acta Crystallogr. A 1990, 46, 467.
doi: 10.1107/S0108767390000277 |
5 |
Oszlányi G. ; Sütő A. Acta Crystallogr. A 2004, 60, 134.
doi: 10.1107/S0108767303027569 |
6 |
De Vries R. Y. ; Briels W. J. ; Feil D. Acta Crystallogr. A 1994, 50, 383.
doi: 10.1107/S0108767393012802 |
7 | Mitchell M. An Introduction to Genetic Algorithms MIT Press Cambridge: MA, USA, 1998. |
8 |
Deem M. W. ; Newsam J. M. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 7189.
doi: 10.1021/ja00044a035 |
9 |
Tang L. Q. ; Shi L. ; Bonneau C. ; Sun J. L. ; Yue H. J. ; Ojuva A. ; Lee B. L. ; Kritikos M. ; Bell R. G. . Bacsik Z. ; et al Nat. Mater. 2008, 7, 381.
doi: 10.1038/nmat2169 |
10 |
Su J. ; Wang Y. X. ; Wang Z. M. ; Lin J. H. J. Am. Chem. Soc 2009, 131, 6080.
doi: 10.1021/ja901330u |
11 |
Baerlocher Ch. ; Gramm F. ; Massguer L. ; McCusker L. B. ; He Z. ; Hovmoller S. ; Zou X. Science 2007, 315, 1113.
doi: 10.1126/science.1137920 |
12 |
Lorgouilloux Y. ; Dodin M. ; Paillaud J. L. ; Caullet P. ; Michelin L. ; Josien L. ; Ersen O. ; Bats N. J. Solid State Chem 2009, 182, 622.
doi: 10.1016/j.jssc.2008.12.002 |
13 |
Inge A. ; Huang S. L. ; Chen H. ; Moraga F. ; Sun J. L. ; Zou X. D. Cryst. Growth Des. 2012, 12, 4853.
doi: 10.1021/cg300647s |
14 |
Ju J. ; Lin J. H. ; Li G. B. ; Yang T. ; Li H. M. ; Liao F. H. ; Loong C. K. ; You L. P. Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 5607.
doi: 10.1002/anie.200352263 |
15 |
Yang T. ; Bartoszewicz A. ; Ju J. ; Sun J. L. ; Liu Z. ; Zou X. D. ; Wang Y. X. ; Li G. B. ; Liao F. H. ; Martín M. B. ; et al Angew. Chem. Int. Ed 2011, 50, 12555.
doi: 10.1002/anie.201106310 |
16 |
Estermann M. A. ; McCusker L. B. ; Baerlocher C. J. Appl. Cryst. 1992, 25, 539.
doi: 10.1107/S0021889892004862 |
17 |
Baerlocher Ch. ; McCusker L. B. ; Palatinus L. Z. Kristallogr. 2007, 222, 47.
doi: 10.1524/zkri.2007.222.2.47 |
18 |
Kolb U. ; Mugnaioli E. ; Gorelik T. E. Cryst. Res. Technol. 2011, 46, 542.
doi: 10.1002/crat.201100036 |
19 |
Zhang D. ; Oleynikov P. ; Hovmoller S. ; Zou X. D. Z. Kristallogr 2010, 225, 94.
doi: 10.1524/zkri.2010.1202 |
20 |
Xu L. ; Zhang L. ; Li J. ; Koki M. ; Peng F. ; Xu H. ; Lin C. ; Gao L. ; Jiang J. G. ; Watcharop C. ; et al Chem. Eur. J. 2018, 24, 9247.
doi: 10.1002/chem.201802087 |
21 |
Hua W. ; Chen H. ; Yu Z. B. ; Zou X. D. ; Lin J. H. ; Sun J. L. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5868.
doi: 10.1002/anie.201309766 |
22 |
Huang S. L. ; Su J. ; Kirsten C. ; Ken I. ; Liang J. ; Zou X. D. ; Sun J. L. Inorg. Chem. Front 2014, 1, 278.
doi: 10.1039/C3QI00088E |
23 |
Zhang Y. B. ; Su J. ; Hiroyasu F. ; Yun Y. F. ; Felipe G. ; Adam D. ; Zou X. D. ; Omar M. Y. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16336.
doi: 10.1021/ja409033p |
24 |
Ding H. ; Li J. ; Xie G. H. ; Lin G. Q. ; Chen R. F. ; Peng Z. K. ; Yang C. L. ; Wang B. S. ; Sun J. L. ; Wang C. Nat. Commun. 2018, 9, 5234.
doi: 10.1038/s41467-018-07670-4 |
25 |
Ma T. ; Li J. ; Niu J. ; Zhang L. ; Ahmed S E. ; Lin C. ; Shi D. ; Chen P. H. ; Li L. H. ; Du X. ; et al Am. Chem. Soc. 2018, 40, 6763.
doi: 10.1021/jacs.8b03169 |
26 |
Gramm F. ; Baerlocher C. ; McCusker L. B. ; Warrender S. J. ; Wright P. A. ; Han B. ; Hong S. B. ; Liu Z. ; Ohsuna T. ; Terasaki O. Nature 2006, 444, 79.
doi: 10.1038/nature05200 |
27 |
Willhammar T. ; Sun J. L. ; Wan W. ; Oleynikov P. ; Zhang D. L. ; Zou X. D. ; Moliner M. ; Gonzalez J. ; Martínez C. ; Rey F. ; et al Nat. Chem 2012, 3, 188.
doi: 10.1038/nchem.1253 |
28 |
Han Y. ; Zhang D. ; Chng L. L. ; Sun J. ; Zhao L. ; Zou X. ; Ying J. Y. Nat. Chem. 2009, 1, 123.
doi: 10.1038/nchem.166 |
29 |
Baerlocher C. ; Xie D. ; McCusker L. B. ; Hwang S. J. ; Chan I. Y. ; Ong K. ; Burton A. W. ; Zones S. I. Nat. Mater 2008, 7, 631.
doi: 10.1038/nmat2228 |
30 |
Xu L. ; Ji X. ; Jiang J. ; Han L. ; Che S. ; Wu P. Chem. Mater 2015, 27, 7852.
doi: 10.1021/acs.chemmater.5b03658 |
31 |
Grosse-Kunstleve R. W. ; McCusker L. B. ; Baerlocher C. J. Appl. Cryst. 1999, 32, 536.
doi: 10.1107/S0021889899003453 |
32 |
Sun J. L. ; Bonneau C. ; Cantin A. ; Corma A. ; Diaz-Cabanas M. J. ; Moliner M. ; Zhang D. L. ; Li M. R. ; Zou X. D. Nature 2009, 458, 1154.
doi: 10.1038/nature07957 |
33 |
Chen H. ; Ju J. ; Meng Q. ; Su J. ; Lin C. ; Zhou Z. Y. ; Li G. ; Wang W. ; Gao W. ; Zeng C. ; et al J. Am. Chem. Soc 2015, 137, 7047.
doi: 10.1021/jacs.5b03685 |
34 |
Li J. ; Lin C. ; Min Y. X. ; Yuan Y. Y. ; Li G. B. ; Yang S. H. ; Pascal M. ; Lin J. H. ; Sun J. L. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 12,4990.
doi: 10.1021/jacs.9b00093 |
35 |
Yu Z. B. ; Han Y. ; Zhao L. ; Huang S. L. ; Zheng Q. Y. ; Lin S. Z. ; Córdova A. ; Zou X. D. ; Sun J. L. Chem. Mater 2012, 24, 3701.
doi: 10.1021/cm301654d |
36 |
Nnewsam J. M. ; Treacy M. M. J. ; Koetsier W. T. ; de Gruyter C. B. Proc. R. Soc. London Ser. A 1988, 420, 375.
doi: 10.1098/rspa.1988.0131 |
37 |
Conradsson T. ; Zou X. D. ; Dadachov M. Inorg. Chem 2000, 39, 1716.
doi: 10.1021/ic9911217 |
38 |
Corma A. ; Moliner M. ; Cantín Á. ; Díaz-Cabañas M. ; Jordá J. ; Zhang D. ; Sun J. L. ; Jansson K. ; Hovmöller S. ; Zou X. D. Chem. Mater. 2008, 20, 3218.
doi: 10.1021/cm8002244 |
39 |
Willhammar T. ; Zou X. D. Z. Kristallogr 2013, 228, 11.
doi: 10.1524/zkri.2012.1564 |
40 |
Liu L. F. ; Yu Z. B. ; Chen H. ; Deng Y. ; Lee B. ; Sun J. L. Cryst. Growth Des. 2013, 13, 4168.
doi: 10.1021/cg400880a |
41 | Wadlinger, R. L.; Kerr, G. T.; Rosinski, E. J. Catalytic Composition of a Crystalline Zeolite. US Patent 3308069, 1967. |
42 |
Xu Y. ; Liu L. F. ; Daniel M. ; Sun J. L. ; Zhang P. ; Yu J. H. Inorg. Chem 2013, 52, 10238.
doi: 10.1021/ic302705f |
43 |
Yang S. H. ; Sun J. L. ; Ramirez-Cuesta A. ; Callear S. ; David W. ; Anderson D. ; Newby R. ; Blake A. ; Parker J. ; Tang C. ; et al Nat. Chem. 2012, 4, 887.
doi: 10.1038/nchem.1457 |
44 |
Lo B. ; Ye L. ; Qu J. ; Sun J. L. ; Zheng J. ; Kong D. ; Murray C. ; Tang C. ; Tsang S. Angew. Chem. Int. Ed 2016, 55, 1.
doi: 10.1002/anie.201600487 |
45 |
Liang J. ; Su J. ; Wang Y. ; Chen Y. ; Zou X. ; Liao F. ; Lin J. ; Sun J. L. Chem. Eur. J. 2014, 20, 16097.
doi: 10.1002/chem.201405449 |
46 |
Inge A. K. ; Fahlquist H. ; Willhammar T. ; Huang Y. ; McCusker L. B. ; Zou X. J. Appl. Crystallogr 2013, 46, 1094.
doi: 10.1107/S0021889813013101 |
47 |
Yamamoto A. Acta Crystallogr. A 1993, 49, 831.
doi: 10.1107/S0108767393004404 |
48 |
Li M. ; Sun J. L. ; Peter O. ; Sven H. ; Zou X. D. ; Benjamin G. Acta Crystallogr. B 2010, 66, 17.
doi: 10.1107/S0108768109053804 |
49 |
Li J. ; Sun J. L. Acc. Chem. Res 2017, 50, 2737.
doi: 10.1021/acs.accounts.7b00366 |
50 |
Sun J. L. ; Lee S. ; Lin J. H. Chem. Asian J. 2007, 2, 1204.
doi: 10.1002/asia.200700088 |
51 |
Sun J. L. ; Li G. B. ; Li Z. F. ; You L. P. ; Lin J. H. Inorg. Chem. 2006, 45, 8394.
doi: 10.1021/ic060862m |
52 |
Zhou Z. ; Xu X. ; Fei R. ; Mao J. ; Sun J. L. Acta Crystallogr. B 2016, 72, 194.
doi: 10.1107/S2052520615019733 |
53 |
Schmidt J. ; Lee S. ; Fredrickson D. ; Conrad M. ; Sun J. L. ; Harbrecht B. Chem. Eur. J 2007, 13, 1394.
doi: 10.1002/chem.200600135 |
54 |
Sun Z. H. ; Li J. ; Ji C. M. ; Sun J. L. ; Hong M. C. ; Luo J. H. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 44,15900.
doi: 10.1021/jacs.7b08950 |
55 |
Lin K. ; Zhou Z. ; Liu L. ; Ma H. ; Chen J. ; Deng J. ; Sun J. ; You L. ; Kasai H. ; Kato K. ; et al J. Am. Chem. Soc 2015, 137, 13468.
doi: 10.1021/jacs.5b08230 |
56 |
Wang Y. ; Yang T. ; Xu H. ; Zou X. D. ; Wan W. J. Appl. Cryst 2018, 51, 1094.
doi: 10.1107/S1600576718007604 |
57 |
Wang Y. ; Takki S. ; Cheung O. ; Xu H. ; Wan W. ; Ohrstrom L. ; Inge A. K. Chem. Commun. 2017, 53, 7018.
doi: 10.1039/C7CC03180G |
58 |
Wang B. ; Timo R. ; Inge A. K. ; Xu H. Y. ; Yang T. M. ; Huang Z. H. ; Norbert S. ; Zou X. D. Chem. Eur. J 2018, 24, 17429.
doi: 10.1002/chem.201804133 |
59 |
Xu H. ; Lebratte H. ; Yang T. ; Srinivas V. ; Hovmoller S. ; Hogbom M. ; Zou X. Structure 2018, 26, 667.
doi: 10.1016/j.str.2018.02.015 |
60 |
Nannenga B. L. ; Shi D. ; Hattne J. ; Reyes F. E. ; Gonen T. eLife 2014, 3, e03600.
doi: 10.7554/eLife.03600 |
61 |
de la Cruz M. J. ; Hattne J. ; Shi D. ; Seidler P. ; Rodriguez J. ; Reyes F. E. ; Sawaya M. R. ; Cascio D. ; Weiss S. C. ; Kim S. K. ; et al Nat. Methods 2017, 14, 399.
doi: 10.1038/nmeth.4178 |
62 |
Rodriguez J. A. ; Ivanova M. I. ; Sawaya M. R. ; Cascio D. ; Reyes F. E. ; Shi D. ; Sangwan S. ; Guenther E. L. ; Johnson L. M. ; Zhang M. ; et al Nature 2015, 525, 486.
doi: 10.1038/nature15368 |
63 |
Christopher G. J. ; Michael W. M. ; Johan H. ; Tyler J. F. ; Brian M. S. ; Jose A. R. ; Hosea M. N. ; Gonen T. ACS Cent. Sci. 2018, 4, 1587.
doi: 10.1021/acscentsci.8b00760 |
64 |
Gruene T. ; Wennmacher J. ; Zaubitzer C. ; Holstein J. J. ; Heidler J. ; Fecteau-Lefebvre A. ; De Carlo S. ; Müller E. ; Goldie K. N. ; Regeni I. ; et al Angew. Chem. Int. Ed 2018, 57, 16313.
doi: 10.1002/anie.201811318 |
65 |
Palatinus L. ; Brazda P. ; Boullay P. ; Perez O. ; Klementova M. ; Petit S. ; Eigner V. ; Zaarour M. ; Mintova S. Science 2017, 335, 166.
doi: 10.1126/science.aak9652 |
66 |
Xu H. Y. ; Zou X. D. Science 2019, 364, 632.
doi: 10.1126/science.aax5385 |
67 |
Brázda P. ; Palatinus L. ; Babor M. Science 2019, 364, 667.
doi: 10.1126/science.aaw2560 |
[1] | 孟庆国, 刘昌岭, 李承峰, 郝锡荦, 胡高伟, 孙建业, 吴能友. 常见客体分子对笼型水合物晶格常数的影响[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 1910010 - . |
[2] | 袁俊生,刘子禹,李非,李申予. 利用X射线衍射和拉曼光谱法对KCl和NaCl混合溶液微观结构的研究[J]. 物理化学学报, 2016, 32(5): 1143 -1150 . |
[3] | 刘孟, 李国宝, 王稼国, 廖复辉, 林建华. 低温合成超导体Ba1-xKxBiO3[J]. 物理化学学报, 2014, 30(9): 1611 -1615 . |
[4] | 杨承旭, 鞠晶, 赵世迪, 徐航宇, 刘孟, 廖复辉, 李国宝, 林建华. 空气气氛下熔盐法合成β-FeSe[J]. 物理化学学报, 2013, 29(12): 2661 -2666 . |
[5] | 赵檑, 万仕刚, 陈成栋, 林以玑, 方雪明, 章慧. 基于非手性邻苯酚胺衍生物的半醌Fe(III)络合物的镜面对称性破缺及其绝对构型关联[J]. 物理化学学报, 2013, 29(06): 1183 -1191 . |
[6] | 王琦, 吴雅静, 王军, 林晓. 无有机模板剂水热合成Co同晶取代的丝光沸石分子筛[J]. 物理化学学报, 2012, 28(09): 2108 -2114 . |
[7] | 于洪波, 贾文志, 普志英, 王月娟, 鲁继青, 滕波涛, 罗孟飞. 高比表面积Cr2O3-α-AlF3催化剂的制备和应用[J]. 物理化学学报, 2011, 27(11): 2677 -2681 . |
[8] | 李青海, 顾同欣, 于升松, 姚燕, 李冰, 李武. 南翼山油田卤水低温结晶过程研究[J]. 物理化学学报, 2011, 27(08): 1803 -1808 . |
[9] | 党政, 宋乐新. β-环糊精与系列无机盐分子-离子加合物的粉末X射线衍射分析[J]. 物理化学学报, 2010, 26(07): 1837 -1841 . |
[10] | 余振强, 朱才镇, 田赛, 刘剑洪, LAMJacky Wing Yip, 唐本忠. 5-{[(4’-正戊基氧-4-联苯基基)羰基]氧}-1-戊炔的相转变与相结构[J]. 物理化学学报, 2010, 26(04): 817 -821 . |
[11] | 高文颖;陈琳;吴富根;尉志武. 不同固醇与DPPC二元体系的液态有序相[J]. 物理化学学报, 2008, 24(07): 1149 -1154 . |
[12] | 王峰;郝雅娟;靳国强;郭向云. 氮化硅纳米线制备过程中反应条件的影响[J]. 物理化学学报, 2007, 23(10): 1503 -1507 . |
[13] | 唐万军;陈栋华. 二水草酸亚铁热分解反应动力学[J]. 物理化学学报, 2007, 23(04): 605 -608 . |
[14] | 袁伟;李贺先;王颖;王国昌. N-(1-萘基)-琥珀酰亚胺化合物晶体结构的理论预测[J]. 物理化学学报, 2006, 22(09): 1071 -1074 . |
[15] | 龚;王文清;刘虹雯;杜世萱;郭海明;王业亮;高鸿钧. 用AFM研究DL-缬氨酸晶体的结构及其表面分子的排列[J]. 物理化学学报, 2005, 21(08): 867 -872 . |
|