ساختارهای سه‌بعدی پویای یک چارچوب آلی-فلزی با استفاده از کریستالوگرافی سری فمتوثانیه

---

تاریخ انتشار روی سایت: 27 اردیبهشت ماه 1403

تاریخ انتشار بر روی ژورنال: 5 بهمن ماه 1402

نویسندگان: Jaedong Kang, Yunbeom Lee, Seonggon Lee, Hosung Ki, Jungmin Kim, Jain Gu, Yongjun Cha, Jun Heo, Kyung Won Lee, Seong Ok Kim, Jaehyun Park, Sang-Youn Park, Sangsoo Kim, Rory Ma, Intae Eom, Minseok Kim, Jeongho Kim, Jae Hyuk Lee & Hyotcherl Ihee

URL: https://doi.org/10.1038/s41557-024-01460-w

نگارشگر و ادیتور خلاصه نامه: سید امیرحسین میرصدری

توصیف ساختاری مواد برای درک رفتار آن‌ها تحت محرک‌های خارجی بسیار حائز اهمیت است. تکنیک‌های فعلی مانند فوتوکریستالوگرافی ساختارهای استاتیک قبل و بعد از اعمال تحریک ارائه می‌دهند. با این حال، نیاز به پروب‌های با رزولوشن زمانی بالا برای مطالعه دینامیک‌های ساختاری در مواد ریز مولکولی وجود دارد. تکنیک‌های پراش پرتو اشعه ایکس و الکترون به مدت فمتوثانیه، بینشی به دینامیک‌های ساختاری ارائه می‌دهند، اما در ساخت نقشه‌های کلی چگالی الکترون محدود هستند. افزایش رزولوشن پروب‌های ساختاری می‌تواند به درک جامع‌تری از رفتار پویای مواد بلوری منجر شود. با بهبود رزولوشن زمانی و مکانی پروب‌های ساختاری، پژوهشگران می‌توانند عمیقتر در تحولات پویای مواد ریز مولکولی بلوری نفوذ کنند.

این پیشرفت می‌تواند منجر به درک دقیق‌تری از نحوه پاسخ دادن این مواد به تحریک‌های خارجی شود و راهی برای کاربردهای جدید در حوزه‌های مختلف باز کند. این مطالعه بر روی ساختارهای سه‌بعدی پویای یک چارچوب آلی-فلزی با استفاده از کریستالوگرافی سری فمتوثانیه تمرکز دارد. این تکنیک امکان مشاهده زمان‌ واقعی تغییرات ساختاری در پاسخ به تحریک‌های خارجی را فراهم می‌کند و بینش‌هایی درباره رفتار پویای ماده ارائه می‌دهد. بنابراین در این پژوهش، کریستالوگرافی سری فمتوثانیه با رزولوشن زمانی (TR-SFX) برای بررسی یک چارچوب آلی-فلزی تشکیل شده از پورفیرین‌های آهن و گره‌های هگزازیرکونیم استفاده شد و پویایی یک چارچوب آلی-فلزی پورفیرینی، PCN-224(Fe)، با استفاده از کریستالوگرافی با رزولوشن زمانی مورد بررسی قرار گرفت . این چارچوب آلی-فلزی شامل بلوک‌های ساختاری پورفیرین آهن است که از طریق گره‌های Zr6 به هم متصل شده‌اند و دارای لیگاند CO هستند. با ثبت نقشه‌های چگالی الکترون در زمان‌های مختلف، پژوهشگران توانستند حرکات هماهنگ نوسانی اتم‌های Zr و Fe، تغییرات ساختاری گذرا و ساختارهای گرم ارتعاشی در چارچوب را مشاهده کنند.

این مطالعه شامل ایجاد واکنش جدایی لیگاند ناشی از نور در داخل بلور و جمع‌آوری داده‌ها در 33 تاخیر زمانی برای آشکارسازی تغییرات ساختاری است. با این حال، آزمایش شامل استفاده از پالس لیزر فمتوثانیه با طول موج 400 نانومتر برای ایجاد واکنش در بلور و سپس پالس‌های ایکس‌ ری فمتوثانیه برای به دست آوردن الگوهای پراش بود. نتایج نشان داد که در چارچوب آلی-فلزی، مسیرهای ساختاری سه‌شاخه‌ای وجود دارد که حرکات پویای پورفیرین‌های آهن و گره‌های Zr را نشان می‌دهد. این مطالعه امکان استفاده از کریستالوگرافی سری فمتوثانیه (TR-SFX) برای مطالعه سیستم‌های شیمیایی را نشان می‌دهد و بینش‌های ارزشمندی در مورد دینامیک‌های ساختاری مواد بلوری با کاربردهای پتانسیلی در جذب و جداسازی گاز ارائه می‌دهد.