衍射和成像是两种重要的表征方法，分别用于在倒易空间和实空间对材料结构进行原子解析。基于x射线衍射的表征方法通常能确定周期性晶体结构，甚至可以解析每个原子的精确位置。然而，实空间成像方法在表征局部结构（如表面、界面和缺陷）方面发挥了不可替代的作用，但在分析周期性体晶格方面并未显示出优于衍射方法的优势。对于复杂的多孔和网状结构，如分子筛和金属有机框架材料，由于结构柔性和晶体尺寸限制，很难利用x射线衍射法对其内部结构单元进行精确的结构分析。
针对上述挑战，近日苏州大学功能纳米与软物质研究院申博渊教授、程涛教授团队联合清华大学陈晓研究员、魏飞教授，通过对mil-125晶格结构进行成像和分析，验证了积分差分相位衬度技术（idpc-stem）对电子敏感材料的有效性，以及实空间成像在研究多孔材料方面的优势。idpc-stem成像揭示了 mil-125 晶格中由于ti-o节点旋转而产生的新结构特征。团队利用第一性原理计算并解释了这种旋转节点结构存在的合理性，并通过模拟不同节点旋转的x射线衍射结果表明这种旋转结构无法从衍射图谱中区分。此外，从mil-125颗粒的边缘到中心，ti-o节点的旋转角度呈现出逐渐增大的趋势，并且mil-125中的缺陷和表面结构也与这种ti-o节点旋转分布有关。此次发现的mil-125中的旋转节点结构为网状化学中的局部柔性和节点连接体配位提供了启示，有助于在分子和原子尺度上进一步研究金属有机框架材料的结构-性质关系。在这种情况下，以电子显微镜为代表的实空间成像方法，将比衍射方法更有助于对复杂多孔材料进行精确的结构分析，确认材料的体相结构，为探索复杂材料的局部结构变化提供了新的途径。相关成果在《nature communications》期刊上发表（nat. commun. 2024, 15, 6962）。
图1. mil-125结构的idpc-stem高分辨成像
图2. 在mil-125中发现的旋转节点结构
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文章题目：real-space imaging for discovering a rotated node structure in metal-organic framework
作者信息：jiale feng, zhipeng feng, liang xu, haibing meng, xiao chen*, mengmeng ma, lei wang, bin song, xuan tang, sheng dai, fei wei*, tao cheng* & boyuan shen*
责任编辑：向丹婷、杜欣