原子力显微镜案例分享 | 牛津仪器快速扫描原子力显微镜观测多孔配位聚合物的结构变化

日本的研究人员借助原子力显微镜(AFM)研究了自组装配位聚合物表面的结构转变。AFM良好的晶格级分辨率以及液相成像的能力，使得引入客体分子时观察聚合物框架上的细微、可逆的变化成为了可能。

多孔配位聚合物(PCP)是由有机配体和金属离子自组装而成的新型材料。有的PCP可以在引入客体分子或受到外界刺激后，可逆地改变其结构，但仍然保持晶体形态。这一优异的特点使得PCP材料在分子的传感、分离以及储存等领域都有潜在的应用。

来自日本京都大学的研究人员借助AFM研究了PCP(Zn₂(1,4-ndc)₂(dabco))_n材料表面的这一过程。如下图晶格级高分辨率AFM图像所示，在二甲基甲酰胺(DMF)的液相环境下，当引入联二苯(BP)分子后样品的晶格从四方晶系突变为斜方对称晶系。这一转变在客体分子浓度较低时就已经发生了，而同样浓度的客体分子是不足以引发块体晶体的转变的。除此以外，研究人员还在很快的成像速度下（几秒每幅图）实时观察到了逐层分层现象。

这一研究结果揭示了PCP表面高度灵敏以及结构转变的特性，这一特性可以加速新型分子器件的发展。

Instrument used

Cypher ES with Liquid Perfusion Cell

Techniques used

本文中的图像是通过牛津仪器快速扫描AFM Cypher ES在轻敲模式下得到的。Cypher ES具有准确易用的环境控制功能，并可搭载液体灌注模块，本实验在液相环境完成，并保持样品处于恒温28℃。凭借着Cypher ES极高的分辨率以及blueDrive光热激发技术，即使在液相环境下用户也可以轻松地实现稳定的晶格级高分辨图像。牛津仪器AFM测量结果的高度准确性使得二维自相关分析可以准确地得到斜方晶系的γ角度。除此之外，本文还利用了Cypher ES快速扫描的特点，每幅图只用了13秒，并以此成功观测到了材料结构转变的动态过程。

参考文献: 

N. Hosono, A. Terashima, S. Kusaka et al., Highly responsive nature of porous coordination polymer surfaces imaged by in situ atomic force microscopy. Nat. Chem. 11, 109 (2019). https://doi.org/10.1038/s41557-018-0170-0

Note: The data shown here are reused under fair use from the original article, which can be accessed through the article link above.