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突破微纳晶体解析难题:MOF结构解析的技术革新与实践
发布日期:2025 . 11 . 05
外泌体脂质体

金属有机骨架化合物(MOFs)作为一类具有多孔结构、孔径可调、且部分种类展现出优异热稳定性且催化活性卓越的材料,在气体吸附、分离、催化等领域展现出广阔应用前景。然而,MOFs通常仅能合成出微晶和纳米晶,传统X射线衍射法需足够大的晶体才能获取有效衍射数据,晶体培养耗时费力;粉末衍射法虽可尝试解析,操作难度却极大,这些问题严重制约了MOF材料的研发与应用进程。而MOF 结构解析作为深入理解MOF材料性能、推动材料优化的关键环节,正随着技术革新迎来新的突破,青云瑞晶依托尖端技术,为解决MOF结构解析难题提供了高效解决方案。

突破微纳晶体解析难题:MOF结构解析的技术革新与实践

一、MOF结构解析的传统困境与技术需求

MOF材料研究中,结构解析是揭示材料性能与结构关联的核心步骤,只有明确了材料的三维结构,才能精准调控其孔径、孔隙率等关键参数,进而优化其功能。但传统解析技术在面对MOF微晶和纳米晶时,始终面临难以突破的困境。

传统X射线衍射法是晶体结构解析的常用手段,但其对晶体尺寸要求较高,需要获得尺寸足够大且结晶度良好的MOF单晶。然而,MOF材料的合成特性决定了多数情况下只能得到微纳米级别的晶体,无法满足传统X射线衍射法的实验要求,为了培养符合条件的晶体,研究人员往往需要耗费大量时间调整合成条件,反复尝试,极大拖延了项目进展。

粉末衍射法虽可用于MOF结构解析,无需依赖大尺寸单晶,但该方法操作复杂,数据分析难度高。由于粉末衍射图谱是大量微小晶体衍射信号的叠加,难以精准区分不同晶相的信号,在解析过程中容易出现误差,尤其对于结构复杂的MOF材料,往往难以获得准确的三维结构信息。

在此背景下,MOF结构解析迫切需要一种能够适应微纳米晶体、高效且精准的技术,以突破传统方法的局限,推动MOF材料研究加速发展,青云瑞晶的MicroED技术正是在这一需求下,为MOF结构解析带来了新的可能。

二、青云瑞晶MicroED技术:MOF结构解析的核心利器

青云瑞晶作为专注于材料结构解析的专业机构,其自主研发并应用的MicroED技术,为MOF结构解析难题提供了高效且可靠的解决方案,该技术基于冷冻透射电镜开发,凭借独特优势,成为当前MOF结构解析领域的核心利器。

从技术原理来看,MicroED技术通过电子对微小晶体进行衍射,收集电子衍射数据并开展数据解析。对于MOF微纳米晶体,该技术能够产生足够高的信噪比衍射信号,这一特性完美契合MOF晶体尺寸小的特点,无需再花费大量时间培养大尺寸单晶,成功将可测晶体尺寸从毫米/微米级降至纳米级。同时,该技术对样品的形状要求宽松,即便是不规则的微晶也能进行测定。

在硬件与软件支撑方面,青云瑞晶拥有国际一流的冷冻电镜设备,为MicroED技术的应用提供了坚实的硬件基础,能够精准捕捉MOF晶体的衍射信号;同时,公司自建TEM平台和PXRD平台,无需机时排队,有效缩短了MOF结构解析的等待时间。此外,青云瑞晶自主研发了新型数据解析软件和超低电子剂量数据收集软件,可实现高通量数据优化处理,不仅提高了数据处理效率,还能保证解析结果的准确性,为MOF结构解析提供了强大的软件支持。

从团队实力来看,青云瑞晶的技术团队由北京大学孙俊良教授领衔的MicroED技术研发团队组成。孙俊良教授是国内MicroED技术领军人物,领域内唯一杰青获得者。在MOF结构解析过程中,团队能够凭借专业知识和经验,应对各种复杂情况,确保解析工作顺利推进,保障解析结果符合国际学术标准。

三、青云瑞晶MOF结构解析的实践成果与服务优势

MOF结构解析实践中,青云瑞晶凭借MicroED技术及专业团队,取得了显著成果,已成功解析完成100 +个MOF 结构解析案例,充分验证了其技术与服务的可靠性。同时,在服务过程中,也展现出诸多突出优势,为客户提供了高效、优质的解析服务。

在具体案例方面,2020年,麻省理工大学Mircea Dincă课题组和北京大学孙俊良课题组合作,采用与MicroED等同的cRED技术(等同于MicroED),对尺寸为5-10μm 的二维导电MOF——Cu3HHTT2进行电子衍射数据收集,最终得到分辨率为1.5Å的数据,并成功解析出该MOF的结构,发现其为罕见的完美AA堆叠,且相邻层之间距离比其他任何二维MOF都要短,该结构的正确性还通过N2吸附实验、高分辨电镜照片得到了验证。这一案例充分体现了MicroED技术在 MOF 结构解析中的强大能力,而青云瑞晶作为掌握 MicroED 核心技术的机构,具备开展类似高难度MOF结构解析的实力,能够为客户解析各类复杂结构的 MOF 材料。

在服务优势上,高效快速是青云瑞晶MOF结构解析服务的显著特点。公司最快可在24小时内交付部分解析结果,即使是复杂的MOF结构解析项目,也能在3-5天内交付结果,大幅缩短了客户的项目周期,帮助客户更快推进研究进程。

此外,青云瑞晶的MOF结构解析服务还具有高成功率和精准性的优势,解析成功率可达98%以上,且能实现100%绝对构型解析,确保为客户提供准确、可靠的MOF结构信息。同时,公司还会为客户提供符合国际学术标准的材料三维结构信息和辅助分析服务,帮助客户更好地理解MOF结构与性能的关系,为后续材料研发和应用提供有力支持。

随着MicroED技术在MOF结构解析领域的不断应用与完善,其将为MOF领域的发展带来更多新的可能,推动MOF材料研究迈向新高度。青云瑞晶作为 MicroED技术应用的领先者,将继续发挥技术、设备和团队优势,在MOF结构解析领域持续深耕,为全球科研机构和企业提供更优质、高效的服务,助力MOF领域不断突破创新,推动MOF材料从实验室走向实际应用,为解决能源、环境等领域的问题贡献力量。


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